Спектроскопия рентгеновского поглощения измеряет зависимость поглощения рентгеновских лучей от их энергии . Конкретнее – коэффициент рентгеновского поглощения . Он определяется затуханием интенсивности рентгеновского луча с пройденным расстоянием х. Коэффициент рентгеновского поглощения пропорционален вероятности перехода, определяемой золотым правилом Ферми. Большинство практических вычислений основано на одноэлектронном приближении золотого правила Ферми
Рис. 2. - Схематическое изображение участка экспериментальной станции, где располагается образец для измерений.
На рис. 2 показана схема одновременной регистрации спектров линии BM01B европейского центра синхротронных исследований, где проводился эксперимент. Данная схема позволяет проводить измерения коэффициента рентгеновского поглощения, дифракции и рамановского рассеяния из одной точки на образце.
Рентгеновская дифракция [1] является незаменимым инструментом для отслеживания формирования кристаллических фаз перспективных материалов для хранения водорода in situ. Рентгеновская спектроскопия поглощения в ближней к краю области (XANES) [2] позволяет определять химические свойства и ближнее окружение легирующих примесей на основе переходных металлов, что позволяет на синхротронах последнего поколения in situ получать информацию о примесях после каждого цикла абсорбции/десорбции. Спектроскопия комбинационного (Рамановского) рассеяния света позволяет исследовать материалы без дальнего порядка, т.к. энергии молекулярных колебаний являются специфичными для разных типов химической связи. В кристаллических телах разрешенные колебательные моды (фононы) могут быть различны до и после фазового перехода. Объединение трех вышеперечисленных методик в одну, несомненно, позволит сделать существенный шаг в изучении закономерностей динамики наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики.
Разработка действительно эффективного материала для хранения водорода требует уточнения атомной структуры и знания термодинамических особенностей реакций высвобождение водорода и обратной ей (дегидрогенизирование и регидрирование). Причем понимание последнего процесса требует его исследования прямо в ходе химической реакции «in situ». Поэтому, следует очень тщательно относиться к выбору методов исследования, которые позволили бы отслеживать именно динамику механизма взаимодействия материалов с водородом при реалистичных технологических условиях (методика “operando” измерений).
Рис. 1. – Схема функционирования твердотельных систем водородной энергетики
Хранение водорода проводят в сжиженном, сжатом газообразном или адсорбированном состоянии. Особо интересны хранилища водорода на основе твёрдотельных материалов, отличающиеся высокой объемной ёмкостью, безопасностью и высокой чистотой испускаемого водорода. Это аланаты, гидриды металлов, гидрокарбонаты или чистые металлы, такие как палладий. На рис. 1 показана схема функционирования циклической работы хранилища водорода на примере топливной ячейки.
hydrogen storage, XANES, x-ray diffraction, Raman scattering, fuel cell
We have carried out the analysis on the scientific and technological literature on methods of calculation and analysis of the x-ray diffraction, x-ray absorption and Raman spectra used to analyse the structure of the materials for hydrogen storage under realistic operating conditions. The simulations were carried out for the series of small palladium nanoclusters with embedded hydrogen. Multiscale computer modelling was used to simulate the dynamics of structure of the materials during charge/discharge phases.
Bugaev A.L., Guda A.A., Dmitriev V.P., Lomachenko K.A., Pankin I.A., Smolentsev N.Yu., Soldatov M.A.,S oldatov A.V.
Operando dynamics of the nanoscale atomic and electronic structure of materials for hydrogen storage
водородная энергетика, топливные ячейки, комбинационное рассеяние, рентгеновская дифракция, XANES
Проведён анализ современной научно-технической и нормативной литературы по методам расчёта и анализа спектров рентгеновской дифракции, рентгеновского поглощения и комбинационного рассеяния света для анализа структуры материалов водородной энергетики при реалистичных технологических условиях. Обоснованы и выбраны теоретические методы и средства для разработки методики анализа динамики наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики. Проведено многомасштабное компьютерное моделирование динамики наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики при реалистичных технологических условиях.
А.Л. Бугаев, А.А. Гуда, В.П. Дмитриев, К.А. Ломаченко, И.А.Панкин, Н.Ю.Смоленцев, М.А.Солдатов, А.В. Солдатов
Динамика наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики при реалистичных технологических условиях
Справочная информация:
Услуги типографии:
Рекомендуем установить один из следующих браузеров:
Вы используете устаревший браузер Internet Explorer. Некоторые функции сайта им не поддерживаются.
Инженерный вестник Дона | Динамика наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики при реалистичных технологических условиях
Комментариев нет:
Отправить комментарий