مطالعه توانائی جذب سطحی هیدروژن توسط چهارچوب های آلی-فلزی با استفاده از روش های مکانیک کوانتومی و شبیه سازی مونت-کارلو

چهارچوب¬های آلی-فلزی به عنوان دسته¬ی جدیدی از مواد دارای حفره¬های نانومتری شناخته شده¬اند و طی دو دهه¬ی گذشته، توجه زیادی را به سمت خود جلب کرده¬اند. چهارچوب¬های آلی-فلزی به علت دارا بودن مساحت سطح بالا و حجم حفره¬ی بالا، در صنعت به عنوان جاذب، از جایگاه مهمی به¬ویژه برای هیدروژن به عنوان سوخت برخوردار هستند.. در این پایان¬نامه تلاش شده است جذب هیدروژن روی چهارچوب¬های آلی-فلزی بر پایه فلز روی با استفاده از شبیه¬سازی مونت¬کارلوی بندادی بزرگ، در شرایط دمایی و فشاری به نسبت گسترده¬ای مورد مطالعه قرار گیرد. هم چنین تأثیر عوامل مختلف روی میزان جذب هیدروژن مورد بررسی قرار گرفته و تلاش شده است با تغییر برخی از عوامل نظیر عوامل ترمودینامیکی و ساختاری به جذب بهینه¬ی هیدروژن در این ساختارها دست یافت. نتایج نشان¬دهنده¬ی جذب بهینه در دمای k77 و فشار حدود atm 30 روی می¬دهد. شبیه¬سازی جذب نخست در ساختار irmof-1 و سپس در ساختار irmof-18 مورد مطالعه قرار گرفت. اتصال-دهنده¬ی آلی در این ساختار یاد شده تترامتیل بنزن دی کربوکسیلات است. نتایج نشان داد که اتصال چهار گروه متیل به اتصال¬دهنده¬¬ی آلی باعث کاهش حجم حفره و به دنبال آن کاهش ظرفیت جذب نسبت به ساختار irmof-1 شده است. با طراحی ساختارهای تازه¬ای اثر عوامل گوناگون مانند اندازه¬ی حفره و برهم¬کنش الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش بعد، شبیه¬سازی روی ساختارهایی ازجمله irmof-76 و irmof-20 انجام شد تا اثر گروه اتصال دهنده با طول مختلف و ناجوراتم¬ها مورد بررسی قرار گیرد. مشاهده¬ها نشان داد که در فشارهای کم، میزان جذب مطلق با انرژی برهم-کنش، در فشارهای میانی با مساحت سطح و در فشارهای بالا با اندازه¬ی حفره در ارتباط است. گفتنی است عوامل یاد شده درباره¬ی جذب مطلق درست است. درحالی¬که در مورد جذب اضافی در فشارهای میانی، آمیزه¬ای از مساحت سطح و شدت برهم¬کنش موثر خواهد بود. هم¬چنین در این پایان¬نامه، انرژی برهم¬کنش مولکول هیدروژن با بخش¬های مختلف چهارچوب آلی-فلزی با استفاده از نظریه¬ی متابعت چگالی و متابع wb97x-d و با مجموعه¬ی پایه¬ی g*+31-6 مورد مطالعه قرار گرفت و جایگاه¬های مناسب جذب در ساختارهایirmof-1 و irmof-18ارزیابی شد. مطالعات نشان داده است که در ساختار irmof-1کلاستر فلزی جایگاه مطلوبی برای جذب است، زیرا، مولکول هیدروژن برهم¬کنش قوی¬تری را با اتم فلز برقرار می¬کند در مقابل ساختارirmof-18 با دارا بودن گروه اتصال¬دهنده¬ی تترامتیل بنزن دی کربوکسیلات، برهم¬کنش مساعدی را در محدوده¬ی اتصال¬دهنده¬ی آلی فراهم می¬کند.