Bor nitrür-karbon nanotüp yapılarının sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen depolamada kullanımı

Abstract

Bu çalışmada ilk önce hegzagonal bor nitrür (h-BN) ve çok duvarlı karbon nanotüpten (ÇDKNT) modifiye örnekler üretildi ve Brunauer–Emmett–Teller (BET), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi-Attenuated total reflectance (FTIR-ATR), Termogravimetrik ve diferansiyel termal analiz (DTA/TG) ve Taramalı elektron mikroskobu (SEM) cihazları ile karakterize edildiler. Üretilen örneklerin hidrojen depolama kapasiteleri oda ve kriyojenik sıcaklıklarda basıncın bir fonksiyonu olarak ölçüldü. Modifikasyonla h BN'nin BET yüzey alanı artarken ÇDKNT'nin BET yüzey alanı azaldı. Modifiye örneklerde başlangıç maddelerinin FTIR bantlarında değişimlerin ve kaymaların meydana gelmesi, modifikasyonla örneklerin morfolojisindeki değişimler ve rezidü miktarlarındaki azalmalar h-BN ve ÇDKNT yüzeylerinin başarılı bir şekilde modifiye edildiğini gösterdi. Örneklerin BET yüzey alanlarına paralel olarak modifikasyonla h-BN'nin hidrojen depolama kapasitesi artarken ÇDKNT'nin hidrojen depolama kapasitesi BET yüzey alanı ve fonksiyonel gruba bağlı olarak değişim gösterdi. Kriyojenik sıcaklıkta tüm örnekler daha yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahiptiler. Oda sıcaklığındaki hidrojen adsorpsiyon izoterme eğrileri Henry yasasına benzer ve kriyojenik sıcaklıktakiler ise çok tabakalı adsorpsiyon davranışı sergilediler. Örneklerin hidrojen depolama kapasiteleri artan basınçla arttı. Kriyojenik sıcaklıktaki adsorpsiyon-desorpsiyon izoterm eğrileri IUPAC sınıflandırmasına göre Tip IV izoremi ile oldukça uyumludur. ÇDKNT-COCl, en yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahip modifiye örnek olarak belirlendi.

In this study, the modified hexagonal boron nitride (h-BN) and multi-walled carbon nanotube (MWCNT) samples were firstly produced and then, characterized by Brunauer Emmett-Teller (BET), Fourier transform infrared spectroscopy-Attenuated total reflectance (FTIR-ATR), Thermogravimetric and differential thermal analysis (DTA / TG), and Scanning electron microscopy (SEM) instruments. The hydrogen storage capacities of the produced samples were measured as a function of pressure at room and cryogenic temperatures. BET surface area of h-BN increased with the modification while those of MWCNT decreased. The occurrence of changes and shifts in the FTIR bands of the starting materials in the modified samples, the changes in the morphology of the samples with the modification and the decrease in the residue amounts showed that the h-BN and MWCNT surfaces were successfully modified. While the hydrogen storage capacity of h-BN increased with the modification parallel to the BET surface areas of the samples, the hydrogen storage capacity of MWCNT varied depending on the BET surface area and functional group. The samples have higher hydrogen storage capacity at the cryogenic temperature. Hydrogen adsorption curves at room temperature conformed to Henry's law and showed multi-layer adsorption behavior at cryogenic temperature. Hydrogen storage capacity of the samples increased with increasing pressure. Adsorption-desorption isotherm curves at cryogenic temperature are quite compatible with Type IV isotherm according to IUPAC classification. The MWCNT-COCl was determined as the modified sample with the highest hydrogen storage capacity.