СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ВОДОРОДОМ
METHOD OF FILLING CARBON NANOTUBES WITH HYDROGEN

Изобретение относится к области обработки наноструктур.
Исследования углеродных нанотрубок (УНТ) как перспективных материалов-аккумуляторов водорода показывают, что важными факторами, определяющими количество водорода, запасаемого в УНТ, являются условия заполнения трубок водородом (температура, время и давление). С экономической точки зрения целесообразны невысокие температуры и давления при относительно небольшом времени заполнения.
Известен способ заполнения водородом УНТ, термохимически активированных обработкой в парах сульфида цинка [Патент РФ №2296046, опубл. 27.03.2007 г., бюл.9] - прототип. Способ изложен в описании изобретения, в примере, и состоит в заполнении УНТ водородом под давлением в 100 атм при температуре 25°С в течение 24 часов. Параметры такого процесса полностью соответствуют критерию экономической целесообразности. Недостатком способа является низкое содержание водорода в УНТ, не превышающее 4,1% (мас.).
Задачей настоящего изобретения является увеличение количества водорода, запасаемого при температуре 25°С за 24 часа в углеродных нанотрубках, прошедших термохимическую активацию в парах сульфида цинка.
Эта задача решается в предлагаемом способе заполнения углеродных нанотрубок водородом путем проведения процесса под давлением 78-80 атм.
Способ позволяет запасать в УНТ от 4,9 до 5,3% (мас.) водорода. Такое количество запасенного водорода не может быть объяснено физической адсорбцией водорода, а химическое взаимодействие его с УНТ при комнатной температуре маловероятно. В условиях предлагаемого способа предположительно происходит образование водородных кластеров между слоями УНТ, прошедших термохимическую активацию в парах сульфида цинка.
Параметры процесса выбраны экспериментально. При давлениях водорода ниже 78 и выше 80 атм количество водорода, запасенного в УНТ, резко падает, что подтверждается результатами, представленными в таблице.
Можно полагать, что при давлениях водорода ниже 78 атм не происходит образование водородных кластеров или их содержание мало. При давлениях водорода выше 80 атм вероятно происходит быстрое разрушение кластеров из-за нарушения структуры стенок УНТ, имеющих, вследствие взаимодействия с парами сульфида цинка в процессе термохимической активации, большее содержание оборванных связей в сравнении с нанотрубками, активированными другими методами или не подвергавшимися активации.
Таблица
№
Давление Н<sub>2</sub> в процессе заполнения УНТ, атм
Количество Н<sub>2</sub>, запасенного в УНТ, % (мас.)
1.
30
0,8±0,7
2.
40
1,1±0,7
3.
50
1,4±0,7
4.
60
1,9±0,7
5.
70
2,4±0,7
6.
75
3,1±0,7
7.
77
3,8±0,7
8.
78
4,9±0,7
9.
79
5,1±0,7
10.
80
5,3±0,7
11.
81
4,2±0,7
12.
85
3,6±0,7
13.
90
3,4±0,7
14.
100
3,3±0,7
Пример 1:
УНТ, термохимически активированные в парах сульфида цинка, заполняют водородом под давлением 78 атм, при температуре 25°С в течение 24 часов. Затем измеряют волюметрическим методом количество водорода, выделившегося из УНТ при прогреве нанотрубок до 300°С. Полученное значение принимают за количество водорода, запасенное УНТ в процессе заполнения. Вычисленное из этих данных содержание водорода, запасенного в УНТ, составляет 4,9±0,7% (мас.).
Пример 2:
УНТ, термохимически активированные в парах сульфида цинка, заполняют водородом под давлением 79 атм, при температуре 25°С в течение 24 часов. Затем измеряют волюметрическим методом количество водорода, выделившегося из УНТ при прогреве нанотрубок до 300°С. Полученное значение принимают за количество водорода, запасенное УНТ в процессе заполнения. Вычисленное из этих данных содержание водорода, запасенного в УНТ, составляет 5,1±0,7% (мас.).
Пример 3:
УНТ, термохимически активированные в парах сульфида цинка, заполняют водородом под давлением 80 атм, при температуре 25°С в течение 24 часов. Затем измеряют волюметрическим методом количество водорода, выделившегося из УНТ при прогреве нанотрубок до 300°С. Полученное значение принимают за количество водорода, запасенное УНТ в процессе заполнения. Вычисленное из этих данных содержание водорода, запасенного в УНТ, составляет 5,3±0,7% (мас.).