سنتز، شناسایی، کاربرد و مطالعات تئوری نانوکامپوزیت‏های آلومینا/بوریا و بورازین- ملامین پلیمر برای ذخیره هیدروژن

اخیراً نانوکامپوزیت‏های هیبریدی آلی- معدنی کاربرد‏های زیادی در زمینه جداسازی، کاتالیزور، الکتروشیمی، حسگر و پیل‏های سوختی پیدا کرده‏اند. همچنین ذخیره هیدروژن یکی از چالش‏های بزرگ محققین در حوزه پیل سوختی می‏باشد. تمرکز اصلی این رساله ساخت و بررسی سیستم‏های نانوساختار نانوکامپوزیت‏های آلی-معدنی جدیدی برای ذخیره‏سازی هیدروژن می‏باشد. در بخش اول رساله، نانوکامپوزیت‏هایی شامل آلومینا، بوریا، رزین فنولی و کربن مزوپور سنتز وشناسایی شدند، سپس میزان ذخیره‏ی هیدروژن آن‏ها مورد بررسی قرار گرفت. برای ذخیره‏سازی هیدروژن به مواد نانوساختار متخلخل با مساحت سطح بالا نیاز است. این نانوکامپوزیت‏های سنتز‏شده دارای ساختاری متخلخل با مساحت سطح ویژه‏‏ی بالایی هستند و ما آن‏ها را به عنوان مواد جدیدی برای ذخیره‏ی هیدروژن معرفی می‏کنیم. جذب هیدروژن، مساحت سطح ویژه، حجم و سایز حفرات بر روی نمونه‏های مختلف نانوکامپوزیت‏ها مورد بررسی قرار گرفت. خواص ساختاری، بررسی نوع بافت، مورفولوژی، میزان بلورینگی یا کریستالینیتی، اندازه ذرات و سطح ویژه همه‏ی نانوکامپوزیت‏ها و نانوکاتالیست‏های تهیه شده با استفاده از تکنیک‏های مختلف اسپکتروسکوپی از جمله پراش اشعه‏ی ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، طیف‏سنجی مادون قرمز (ft-ir) و همچنین هم‏دمای جذب و واجذب گاز نیتروژن bet و bjh ارزیابی شد. پایداری گرمایی آن‏ها نیز با تکنیک‏های آنالیزهای حرارتی tgaو dsc تعیین گردید. نانوکامپوزیت‏های هیبریدی آلی-معدنی معرفی شده می توانند خواص خوبی به لحاظ فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی ایجاد نمایند. در بخش دوم این رساله نانوساختارهای مزوپور آلومینا و مخلوط اکسیدی آلومینا- بورات، سنتز‏شده با استفاده از فنول فرمالدهید رزین به‏عنوان عامل هدایت‏کننده‏ی ساختار، مورد مطالعه قرار گرفت و میزان بلورینگی، نوع فازها، مورفولوژی، مساحت سطح ویژه و میزان تخلخل آن‏ها بررسی شد. در ادامه از آن‏ها به‏عنوان نانوکاتالیست در واکنش حذفی الکل‏ استفاده شد. در این پژوهش می‏توان عنوان کرد که یک روش نو و قابل تولید با بازده بالا برای تهیه نانوکاتالیست‏های آلومینایی با میزان تخلخل و حجم حفرات عالی و مساحت سطح ویژه بالا معرفی شده است. این تحقیق، اولین گزارش استفاده از رزین فنولی به عنوان عامل هدایت‏کننده‏ی ساختار در سنتز آلومینای مزوپور نانومیله‏ای و با مورفولوژی مشخص و تک فاز کریستالی گاما و در دمای تکلیس پایین با سطح ویژه ی بسیار بالا و سنتز آلومینا- بورات اکسید نانوساختار با سایز ذرات کمتر از 50 نانومتر می باشد. در بخش سوم دسته جدیدی از مواد نانو حفره هیبریدی آلی- معدنی به نام بورازین- ملامین پلیمر به منظور ذخیره‏سازی گاز طراحی، سنتز و شناسایی گردید. مشاهده شد این نوع پلیمر جدیدکلیه فاکتورهای لازم برای ذخیره هیدروژن مثل سطح ویژه بالا، حجم حفرات مورد نیاز، آروماتیسیته و وزن سبک را دارا است. بورازین- ملامین پلیمرها بسیار شبیه به چارچوب‏های آلی-کووالانسی (cofs) عمل می کنند. در بخش محاسباتی این پروژه از روش‏های شیمی کوانتومی و شبیه‏سازی دینامیک مولکولی برای ارزیابی ظرفیت ذخیره‏ی هیدروژن ترکیب جدید بورازین- ملامین پلیمر مطرح شده استفاده شد. در کشور ما مبحث ذخیره‏ی هیدروژن حالت جامد جدید بوده و پیشرفت مطلوبی هم نداشته است. به همین دلیل انجام تحقیقاتی مشابه با این رساله باعث بدست آوردن تجربیات علمی و عملی مفیدی در این زمینه و گسترش آن در کشور خواهد شد.