NYHET Vätgas är ett idealiskt bränsle för nya typer av bränslecellsbilar, men ett problem är hur man ska lagra vätgasen. Serhiy Luzan studerar i sin avhandling nya typer av material för vätelagring. Han visar också att man kan låta väte reagera med kolnanobaserade material och därmed få molekyler med intressanta egenskaper. Avhandlingen läggs fram 28 september vid Umeå universitet.
Nya bilmotorer som går på vätgas ger bara vatten som avgaser och är tre till fyra gånger effektivare än vanliga förbränningsmotorer. Bara ett ”litet” problem hindrar utvecklingen av vätgasbilar: det finns ingen bra metod att lagra tillräcklig mängd av vätgas då det är en gas med mycket låg densitet.
Serhiy Luzan har ägnat den första delen av sin avhandling åt studier av vätelagring i nya spännande typer av metallhydrider: metallorganiska ramverk (MOF). De består av zink- och kobolt-baserade metallkluster ihoplänkade via organiska molekyler och de är extremt porösa. Ett gram MOF har en väteadsorberande yta som är större än en fotbollsplan! Tiotals nya MOF-material syntetiseras varje år vilket ger ett starkt löfte om nästa generations vätelagringsmaterial.
Serhiy har studerat väteadsorption i flera nya MOFs och utforskat effekterna av olika yta, porvolym och porformer på vätelagringsparametrarna. MOF kan lagra väte i rekordhöga mängder vid mycket låg temperatur, men kapaciteten i rumstemperatur är inte tillräckligt stor. Därför har Luzan undersökt nya metoder för att förbättra kapaciteten. Tillsättning av metallkatalysatorer har tidigare rapporterats avsevärt förbättra vätelagring.
– Men i min studie kunde effekten av tillsats av en metallkatalysator på väteadsorption inte bekräftas, säger Serhihy Luzan.
Vätgas är intressant inte bara som bränsle utan också för kemisk modifiering av supertunna kolmaterial, till exempel kolnanorör, fullerener och grafen. Grafen är ett enda lager av kolatomer. Kolnanorör består också av rent kol, i form av grafenlager ihoprullade till en cylinder. Fulleren, C60, består av sextio kolatomer som ligger ordnade i fem- eller sexkantiga figurer precis som mönstret i en fotboll. Det finns kolnanomaterial som är starkare än stål, leder ström bättre än koppar och är bättre värmeledare än diamant.
I den andra delen av avhandlingen beskriver Luzan de molekyler han skapat genom att låta vätgas reagera med fullerener och kolnanorör.
Reaktionen mellan fulleren C60 och vätgas studerade Luzan vid förhöjda temperaturer och vätetryck, med och utan tillsats av metallkatalysatorer. Reaktionen resulterade i att hydrogenerade fullerener, C60Hx, bildades. Vid förlängd vätebehandling fragmenterades och kollapsade fullerenstrukturen. Detta resultat visar att det är möjligt att stegvis bryta ner fullerener till mindre kopp-liknande molekyler, vilka stabiliseras med väteatomer. Detta är en struktur som tidigare varit svår att framställa.
– Med denna metod skulle vi kunna använda fullerener som ett relativt billigt utgångsmaterial för att tillverka nya molekyler där intressanta egenskaper från det ursprungliga kolnanomaterialet förhoppningsvis kvarstår, säger Serhihy Luzan.
Hydrerad grafen (grafan) förväntas vara ett idealiskt material för ny kolbaserad elektronik, men att få en direkt reaktion mellan grafen och väte är svårt. Det är mycket lättare att reagera vätgas med kolnanorör och sedan klippa upp dem i så kallade nanoband som håller väte fäst vid ytan.
Luzans experiment visade att reaktionen mellan enkelväggiga kolnanorör och vätgas är möjlig om lämplig katalysator används och han kunde observera att en del av nanorören omvandlades till grafen- eller grafannanoband.
Fredagen den 28 september försvarar Serhiy Luzan, institutionen för fysik, sin avhandling med titeln: Materials för hydrogen storage and synthesis of new materials by hydrogenation. Svensk titel: Material för vätelagring och syntes av nya material genom hydrering. Disputationen äger rum kl. 13:00, N300
Fakultetsopponent är Prof. Dr. Yaroslav Filinchuk, Institute of Condensed Matter and Nanosciences, Université Catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve, Belgien
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-58663
Serhiy Luzan, institutionen för fysik (in English) Telefon: 090-786 65 81, 070-022 34 94
E-post: serhiy.luzan@physics.umu.se
Bildtext: Fyra typer av material som studerades i avhandlingen: fulleren C60, kolnanorör, metallorganiska ramverk (MOF) och fullerener i kolnanaorör.
Redaktör: Ingrid Söderbergh