See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus (ETF)" projekt ETF8809
ETF8809 "Uudsed B-N ühendid keemiliseks vesiniku salvestamiseks (1.01.2011−31.12.2014)", Peeter Burk, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Keemia Instituut.
ETF8809
Uudsed B-N ühendid keemiliseks vesiniku salvestamiseks
Novel B-N and related compounds for chemical hydrogen storage
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus (ETF)
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP410 Teoreetiline ja kvantkeemia 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201111 760,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 760,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 760,00 EUR
01.01.2014−31.12.201411 760,00 EUR
47 040,00 EUR

Jätkusuutlikud transpordis kasutamiseks sobivad kütused, mis ei põhine süsivesinikel, on viimasel ajal tõusnud huviorbiiti, kuna fossiilsete kütuste varud on kiiresti kahanemas ja nende põletamisega kaasneb ka mitmeid soovimatuid mõjusid keskkonnale. Alternatiivse energiakandjana on üha sagedamini välja pakutud vesinikku (H2). Vesinikul on kõrge energiasisaldus massiühiku kohta võrreldes diiselkütusega (120 MJ/kg vs. 44 MJ/kg), teda saab kasutada kütuseelementides kõrge efektiivsusega võrreldes sisepõlemismootorites kasutatavate kütustega, samas välistades keskkonda saastavate tahma ning erinevate süsinik-, lämmastik- ja vääveloksiidide teket. Kahjuks on vesinik aga madala energiasisaldusega ruumalaühiku kohta [normaaltingimustel 0.01 kJ/l (vedela H2 korral 8.4 MJ/l) võrreldes 32 MJ/l diiselkütuse korral]. Tänapäeval on teada neli põhilist meetodit vesiniku salvestamiseks: kokku surutud gaas kõrge rõhu all balloonides, nanopoorsetel materjalidel põhinevad sorbendid, metallihüdriidid ja nii-nimetatud keemilised (mittemetallide) hüdriidid. Kuna ülalnimetatud keemilistes hüdriidides kasutatakse tüüpiliselt metallidest kergemaid elemente, siis saavutatakse siin suurem energiatihedus massiühiku kohta. Kaasnev vajadus lõhkuda kovalentseid element-vesinik sidemeid raskendab aga oluliselt nende kasutamist pöörduvalt töötavates vesiniku salvestites. Pöörduva süsteemi saamiseks oleks vajalik võimalikult nulli lähedane vesiniku vabastamise reaktsiooni Gibbsi vabaenergia väärtus. Vesiniku eraldumisega kaasneb positiivne entroopiamuut ja seega on vajalik mõnevõrra endotermiliste reaktsioonide kasutamine tasakaaluliste süsteemide saavutamiseks. B-N sidet sisaldavate materjalide kõrge vesinikusisaldus muudab nad paljulubavateks kandidaatideks vesiniku salvestamisel. Oluline on ka märkida, et baasuuringud selles vallas mõjutavad oluliselt mitmete teiste keemia ja materjaliteaduse valdkondade arenguid, näiteks hüdrogeenimine ja B-N polümeeride süntees. Samas on selles vallas veel palju vastamata küsimusi. Viimasel aastakümnel on teoreetilised arvutused muutunud üha kasutatavamateks ainete omaduste ennustamise vahenditeks nii gaasifaasis kui ka kondenseeritud faasides. Käesolevas projektis soovime uurida amiinboraane ja nende analooge (dehüdrogeenimisreaktsioonide termodünaamikat ja kineetikat) teoreetiliste arvutustega, et saada informatsiooni nende kasutatavuse kohta vesiniku salvestitena.
Interest in sustainable non-hydrocarbon-based fuels for transportation has grown as the realization that the supply of fossil fuels is limited and the deleterious environmental effects of burning them has come into public focus. As an alternative, the use of hydrogen (H2) has been proposed. H2 has a high energy content per mass unit (120 MJ/kg) vs. that of petroleum (44 MJ/kg) and it can be used to run a fuel cell which increases efficiencies compared to an internal combustion engine, simultaneously eliminating the formation of carbon, sulfur, and nitrogen oxide emissions as well as carbon particulates that are detrimental to the environment. However, H2 has a low energy content per unit volume [0.01 kJ/l at STP (8.4 MJ/l for liquid H2) vs. 32 MJ/l for petroleum]. For transportation applications, a fuel should ideally possess a high energy content in a small volume as well as the minimum weight possible in order to maintain overall fuel efficiency. Currently, there are four leading methodologies to store H2: physical means (high pressure tanks), sorbents (nanoporous materials), metal hydrides, and so-called chemical hydrides. Lighter elements than metal hydrides are typically used in the chemical hydrides, which result in much higher gravimetric storage capacity. The necessary cleavage of covalent element – hydrogen bonds, however, complicates their use in reversible hydrogen storage devices. A reversible system should have a Gibbs free energy (?G) of hydrogen release reaction(s) at or near 0 kcal/mol. These materials will have a positive entropic term (?S) as hydrogen gas is being released. Thus, a slightly endothermic (?H > 0) dehydrogenation reaction is required to achieve a reversible system under reasonable/practical conditions. The high gravimetric capacity of B–N materials makes them particularly appealing for hydrogen storage applications. It is important to note that basic research in this area also impacts several other fields such as transfer hydrogenation and B–N polymer synthesis. However, several important practical as well as more basic questions need to be answered. In recent years theoretical calculations have became a powerful tool to explain and predict properties of substances both in gas and condensed phase with high accuracy. We propose to study amineboranes and their analogues using theoretical calculations to gain insight in the thermochemistry and kinetics of dehydrogenation/rehydrogenation reactions.
Käesoleva töö raames uuriti arvutuslike meetoditega amiin- ja fosfiin-boraan komplekse. Kõigile uuritud kompleksidele arvutati komplekseerumisenergia, gaasifaasiline happelisus, gaasifaasiline aluselisus ning protoneeritud kompleksist H2 eraldumisele vastava reaktsiooni vabaenergia. Kõigi uuritud komplekside moodustumine oli termodünaamiliselt soodne protsess. Võib teha üldised järeldused, et amiin-boraanid on stabiilsemad kui vastavad fosfiin-boraanid ning uuritud asendajad suurendavad reeglina mõlemat tüüpi komplekside stabiilsust. N-H and P-H vesinikud on vastavalt amiin ja fosfiin kompleksides kõige happelisemad. Uuritud komplekside energeetiliselt soodsaim aluselisuse tsenter paikneb boraanis. Protoneerumise tulemusel tekib positiivselt laetud kompleks, mis sisaldab nõrgalt seotud vesiniku molekuli. Vesiniku eraldumine protoneeritud kompleksidest on eksergooniline protsess, selle põhjuseks on entroopia. Asendusrühmade mõju uurimine antud kompleksides näitas, et teatud omadustega asendajate korral omandab protoneeritud kompleks konformatsiooni, kus vesinik on haaratud positiivselt laetud boori ja negatiivselt laetud pii elektrone sisaldava süsteemi vahele.