Ab initio design of novel magnesium alloys for hydrogen storage
Temel prensipler yöntemiyle hidrojen depolayıcı yeni magnezyum alaşımlarının tasarımı
- Tez No: 176887
- Danışmanlar: PROF. DR. M. KADRİ AYDINOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hidrojen depolanması, Moleküler dinamik, Hydrogen storage, Molecular dynamic
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İdeal bir hidrojen depolayıcı malzemede aranılan özellikler, temel olarak yüksek depolama kapasitesi ve hızlı dehidrürlenme kinetiğidir. Bu anlamda, yavaş dehidrürlenme kinetiğine ve hidrojeni yüksek sıcaklıkta bırakmasına rağmen; magnezyum hidrür (MgH2) ağırlık bazında % 7,66 depolama kapasitesi ile öne çıkan bir malzemedir. Dolayısıyla bu çalışmada amaç, hacim içi ve yüzey yapılarda, dehidrürlenme kinetiğinde iyileştirme sağlayan alaşım elementlerini sistematik bir biçimde incelemektir. Temel prensipler yöntemiyle yapılan hesaplamalarda, alaşımlanan magnezyum hidrür yapılarının hidrürlenme reaksiyon enerjileri hesaplanmış, saf MgH2'ye göre hangilerinin mutlak olarak oluşum enerjilerini düşürdüğü saptanmıştır. Buna göre, otuz iki adet element içerisinde, Sr haricindekilerin bir düşüşe sebep olduğu, bir diğer deyişle hidrür kararlılığını azaltabileceği gözlenmiştir (hidrürlenme enerjisinde yaklaşık 37 kJ/mol-H2`ye kadar bir düşüş olduğu saptanmıştır). Bu bağlamda öne çıkan elementler; P, K, Tl, Si, Sn, Ag, Pb, Au, Na, Mo, Ge ve In olarak sıralanabilir. Çalışmanın diğer kısmında, çeşitli biçimlerde alaşımlandırılmış Mg ve MgH2 yüzeylerinde, temel prensipler psödopotansiyel ve moleküler dinamik yöntemleri kullanılarak hesaplamar yapılmıştır. Buna gore, Mo ve Ni elementlerinin, -9.2626 and -5.2995 eV olarak hesaplanan soğurulma enerjileri doğrultusunda yüzeye tutunma olalıkları yüksek olan elementler arasında oldukları görülmüştür. Buna ek olarak, yine sistematik bir biçimde, seçilen alaşım elementlerinin magnezyum yüzeyinde hidrojenin ayrışmasına ne gibi bir etki göstereceği moleküler dinamik yöntemiyle incelenmiştir. Buna gore, Co elementinin hidrojeni atomlarına ayrıştırması için 50 fs geçtiği ve hidrojen atomlarından birinin derhal yüzeye çekildiği görülmüştür. Son olarak, yüzeyde çalışılan yük dağılımı farklılıklarının 3d ve 4d geçiş elementlerinin katalizör etkisi göstermedeki başarılarını destekler nitelikte olduğu bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
A candidate hydrogen storing material should have high storage capacity and fast dehydrogenation kinetics. On this basis, magnesium hydride (MgH2) is an outstanding compound with 7.66 wt % storage capacity, despite its slow dehydriding kinetics and high desorption temperature. Therefore in this study, bulk and surface alloys of Mg with improved hydrogen desorption characteristics were investigated. In this respect, formation energies of alloyed bulk MgH2 as well as the adsorption energies on alloyed magnesium (Mg) and MgH2 surface structures were calculated by total energy pseudopotential methods. Furthermore, the effect of substitutionally placed dopants on the dissociation of hydrogen molecule (H2) at the surface of Mg was studied via Molecular Dynamics (MD). The results displayed that 31 out of 32 selected dopants contributed to the decrease in formation energy of MgH2 within a range of ~ 37 kJ/mol-H2 where only Sr did not exhibit any such effect. The most favorable elements in this respect came out to be; P, K, Tl, Si, Sn, Ag, Pb, Au, Na, Mo, Ge and In. Afterwards, a systematical study within adsorption characteristics of hydrogen on alloyed Mg surfaces (via dynamic calculations) as well as calculations regarding adsorption energies of the impurity elements were performed. Accordingly, Mo and Ni yielded lower adsorption energies; -9.2626 and -5.2995 eV for substitutionally alloyed surfaces, respectively. MD simulations presented that Co is found to have a splitting effect on H2 in 50 fs, where the first hydrogen atom is immediately adsorbed on Mg substrate. Finally, charge density distributions were realized to verify the distinguished effects of most 3d and 4d transition metals in terms of their catalyzer effects.
Benzer Tezler
- Si(100) yüzeyler üzerine kendiliğinden düzenlenen biyolojik aktiviteye sahip tabakaların tasarımı
Design of self-assembled layers with biological activity on the Si(001) surfaces
GÖKHAN DEMİREL
Doktora
Türkçe
2006
BiyomühendislikGazi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. MEHMET ÇAKMAK
DOÇ.DR. TUNCER ÇAYKARA
- Monoamin oksidaz enziminin oksazolidinon ve benzeri heterosiklik bileşikler ile inaktivasyonunun kimyasal olarak modellenmesi
Chemical modelling of the inhibition of monoamine oxidase enzyme by oxazolidinone and similar heterocyclic compounds
ÜMÜT BOZ
- ab-initio yöntemlerle bazı moleküllerin kristal örgü içinde moleküler orbital hesaplamalarının yapılması ve x- ışını kırınımı ile elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırılması
Moleculer orbital calculations of some molecules by using ab-initio methods and x-ray diffraction results
MUSTAFA MURAT CANDAN
Doktora
Türkçe
2001
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENGİN KENDİ
- Ab initio calculations on electronic and lattice dynamical properties of CuInSe2 and CuInS2
CuInSe2 ve CuInS2'ün elektronik ve örgü dinamiği özellikleri üzerine ab initio hesaplamalar
CİHAN PARLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. RESUL ERYİĞİT
- Ab initio calculation of lattice dynamics of ternary semiconductors
Üçlü yarı iletkenlerin örgü dinamiğinin ab initio hesaplaması
MUSTAFA AKDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RESUL ERYİĞİT