Yüzeyi nanopartiküllerle katkılanmış çok duvarlı karbon nanotüplerde hidrojen depolanmasının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, çok duvarlı karbon nanotüpler Fe(NO3)3.9H2O, Ni(NO3)2.6H2O katalizörleri ve asetilen gazı kullanılarak kimyasal buhar depolama yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen karbon nanotüpler HNO3, H2SO4, HF ve HCl gibi kuvvetli asitlerle saflaştırılmış ve fonksiyonlaştırılmıştır. Fonksiyonlaştırılan karbon nanotüplerin yapıları SEM, TEM, XRD, DSC, TGA ve BET analizleri ile incelenmiştir. Karbon nanotüpler analizlerle yapıları desteklendikten sonra kobalt (Co), kalsiyum (Ca), nikel (Ni), paladyum (Pd), demir (Fe), çinko (Zn), alüminyum oksit (Al2O3) ve hekzagonal boron nitrit (h-BN) nanopartikülleri ile ıslak emdirme tekniği kullanılarak katkılandırılmıştır. Katkılanan karbon nanotüplere tekrar SEM, TEM, XRD, DSC, EDX, TGA ve BET analizleri uygulanarak yapı karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Karbon nanotüplerin yapısı farklı (pH, sıcaklık, basınç, katalizör) deney koşullarında incelenerek hidrojen depolama kapasitelerinin en yüksek seviyeye getirilmesi sağlanmış, Sievert's like cihazı ve dinamik gaz adsorpsiyon analizörü ile hidrojen depolama kapasiteleri tayin edilmiştir. Numunelerin hidrojen depolama işlemi fiziksel adsorpsiyon olarak gerçekleşmiş, basınçla hidrojen depolama kapasitelerinin doğru orantılı olarak değiştiği gözlenmiştir. Katkılanan numuneler arasında en düşük depolama miktarı Ni-ÇDKNT'lerde 5 bar basınç altında %0,32; en yüksek depolama miktarı ise Zn-ÇDKNT'lerde 50 bar basınç altında %2,79 oranında ölçülmüştür. Bu deneysel çalışmalardan elde edilen veriler ışığında, karbon nanotüplerin hangi nanopartiküllerin katkılanmasıyla maksimum düzeyde hidrojen depolayabildiği farklı basınçlar altında gösterilmiştir.

In this study, multiwalled carbon nanotubes were synthesized by chemical vapor deposition method using Fe(NO3)3.9H2O, Ni(NO3)2.6H2O catalysts and acetylene gas. The synthesized carbon nanotubes were purified and functionalized with strong acids such as HNO3, H2SO4, HF and HCl. Structures of functionalized carbon nanotubes were investigated by SEM, TEM, XRD, DSC, TGA and BET analyzes. Then, the carbon nanotubes were doped with cobalt (Co), calcium (Ca), nickel (Ni), palladium (Pd), iron (Fe), zinc (Zn), aluminum oxide (Al2O3) and hexagonal boron nitride nanoparticles by wet impregnation technique. Structural characterization was performed by reapplying SEM, TEM, XRD, DSC, EDX, TGA and BET analyzes to the synthesized carbon nanotubes. The structure of the doped carbon nanotubes was investigated under the different (pH, temperature, pressure, catalyst) experimental conditions and hydrogen storage capacities were achieved to the highest level. Hydrogen storage capacities of the samples were determined with Sievert's apparatus and dynamic gas adsorption analyzer. The hydrogen adsorption process of the samples was occured as physical adsorption, and it has been observed that the hydrogen storage capacity of the samples changes proportionally with pressure. The lowest storage amount among the doped nanotubes was measured as 0.32% in nickel doped multiwalled carbon nanotubes (Ni-MWCNTs) under pressure of 5 bar; the highest storage amount was measured as 2,7901% under pressure of 50 bar in zinc doped multiwalled carbon nanotubes (Zn-MWCNTs). As a conclusion of these experimantal studies reveals that multi-walled carbon nanotubes can store the maximum amount of hydrogen by the addition of which nanoparticles.