ИСТИНА

Адсорбционное аккумулирование газового топлива, в частности, водорода и метана, является актуальной задачей, способной решить проблему поиска экологически безвредных видов топлива. В данном направлении наиболее перспективными являются технологии адсорбционного аккумулирования газов так как они не требуют создания специальных условий хранения и обладают повышенной пожаро- взрывобезопасностью. Однако на настоящий момент существующие микропористые материалы не способны обеспечить выдвигаемых к ним требований по количеству аккумулированного вещества. Поэтому принципиальной задачей является создание новых адсорбентов, с наиболее подходящими для данной задачи структурно-энергетическими характеристиками. Здесь, одним из наиболее перспективных направлений адсорбции является адсорбция газов массивами углеродных нанотрубок [Школин А.В., Фомкин А.А, Стриженов Е.М., Пулин А.Л. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2014. Т.50. №3. С.227-235.]: упакованными в заданной последовательности нанотрубками. В работе предложен подход численного моделирования методом молекулярной динамики к самоорганизации супрамолекулярных структур на основе углеродных нанотрубок и молекул координаторов – 1,1- диметилциклопентана. Для моделирования были выбраны открытые одностенные углеродные нанотрубки, нехиральные, диаметром ~10 Å и длиной ~50 Å. Свободные связи атомов углерода по краям нанотрубок были связаны атомами водорода. В качестве молекул координаторов были выбраны молекулы 1,1- диметилциклопентана в количестве 300 молекул в ячейке моделирования. Температура исследованных систем 298 К. Расчеты проводились при помощи пакета TINKER c силовым полем OPLS-AA. Элементарный шаг интегрирования уравнения движения составил 1 фс, мгновенные снимки получали каждые 1000 фс. Ячейка моделирования представляла собой куб с гранями 100 Å. В результате численного эксперимента было установлено, что в заданных условиях происходила самоорганизация нанотрубок в триангулярную упаковку. Дальнейшее парциальное (по 50 молекул) удаление молекул координаторов из системы моделирования (до 50 молекул) Приводило к образованию пористого пространства между нанотрубками и молекулами координаторами без разрушения супрамолекулярной структуры. Среднее расстояние между центрами нанотрубок в скоординированном состоянии составило 1.98 нм (эквивалентный диаметр образованной нанопоры 1.26 нм). Таким образом, в работе была показана возможность образования супрамолекулярных структур на основе нанотрубок и молекул координаторов нафталина. Предельная величина адсорбции метана в такой модельной системе, при условии сорбции только в образованной вторичной пористости, составляет 446 нм3/м3 (42 %масс.). Предельная величина адсорбции водорода составляет 109 нм3/м3 (10 %масс.). Работа выполнена при поддержке стипендии Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики СП-1312.2016.1.