Transactions of the Korean hydrogen and new energy society (한국수소및신에너지학회논문집)

The Korean Hydrogen and New Energy Society (한국수소및신에너지학회)
권호 표지

Hydrogen Storage in Ni Nanoparticles-Dispersed Multiwall Carbon Nanotubes

Ni Nanoparticles이 doping된 Multiwall Carbon Nanotubes의 수소저장 특성에 관한 연구

  • 이호 (한국과학기술원 대학원) ;
  • 김진호 (한국과학기술원 대학원) ;
  • 이재영 (한국과학기술원 재료공학과)
  • Published : 2002.03.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Ni nanoparticles이 표면에 분산된 mutiwall carbon nanotubes (MWNTs)의 수소저장 특성을 분석하였다. Metal nanoparticles의 분산 방법은 incipient wetness impregnation procedure을 사용하였는데, 이러한 Ni catalysts의 역할은 기존에 알려진 Li, K doping과 같은 개념으로 기상의 수소를 분해하여 carbon 표면에 chemical adsorption 시키는 역할을 하게 된다. 실제로 Ni nanoparticles이 6wt% loading된 경우에는 thermal desorption spectra를 분석한 결과 ~2.8wt% hydrogen이 ~340-520K의 온도범위에서 방출되는 것을 관찰할 수 있었다. Kissingers plot을 통해서 MWNTs와 hydrogen과 interaction energy를 구한 결과 ${\sim}31kJ/molH_2$를 얻을 수 있었으며 이 값은 기존의 SWNTs에 hydrogen이 physi-sorption에서 실험적으로 얻을 수 있었던 값보다 1.5배 큰 값이라고 할 수 있다. 자세한 수소저장 기구를 분석하기 위해서 FT-IR분석을 한 결과 C-Hn stretching vibrations이 관찰되었으며 mono-hydride와 weak di-hydride $sp^3$가 형성된 것으로 해석 될 수 있었다. 이와 같은 결과는 Ni nanoparticle들이 예상과 같이 hydrogen molecules을 dissociation하는 역할을 하는 것을 의미한다. 연속적인 thermal desorption 실험을 통해 가역성도 평가하였다.

Keywords

References

  1. S. Iijima : "Single shell of carbonnanotube of Inm diameter", Nature, Vol.363, 1993, p. 603. https://doi.org/10.1038/363603a0
  2. A. C. Dillon, K. M. Johns, T. A.Bekkedahl, C. H. Klang, D. S. Bethune,and M. J. Heben : "Storage of hydrogenin single-walled carbon nanotubes",Nature, Vol. 386, 1997, p. 377. https://doi.org/10.1038/386377a0
  3. J. Y. Whang, S. H. Lee, G. S. Shim, andJ. W. Kim, "Hydrogen strorage incarbonaceous nano-materials", J. ofKorean Hydrogen Energy Society, Vol.12, 2001, p. 103.
  4. A. Zuttel, Ch. Nutzenadel, Ph. Mauron,Ch. Emmenegger, P. Sudan, L.Schlapbach, A. Weidenkaff, and T.Kiyobayashi : "Hydrogen sorption bycarbon nanotubes and other carbonnanostructures", Proceeding of Int.Symposium on Metal-hydrogen Systems,2000, p. 148.
  5. G. Stan, and M. W. Cole : "Hydrogenadsorption in nanotubes", LowTemperature Physics 100 Nos., 1/2, 1998,p. 539.
  6. K. A. Williams, and P. C. Eklund :"Monte Carlo simulations of $H_{2}$ physisorption in finite-diameter carbonnanotube ropes", Chem. Phys. Lett, Vol.320, 2000, p. 352. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(00)00225-6
  7. Y. Ye, C. C. Ahn, C. Witham, B. Fultz, J. Liu, A. G. Rinzler, D. Colbert, K. A.Smith, and R. E. Smalley : "Hydrogenadsorption and cohesive energy ofsingle-walled carbon nanotubes", Appl.Phys. Lett, Vol. 74, 1999, p. 2307. https://doi.org/10.1063/1.123833
  8. C. M. Jin, J. Phys. Chem., Vol. 98, 1994,p. 4215. https://doi.org/10.1021/j100067a004
  9. S. P. Chan, G. Chen, X.G. Gong, and Z.F. Liu: "Chemisorption of hydrogenmolecules on carbon nanotube under highpressure", Phys. Rev. Lett, Vol. 87, 2001,pp. 205502-1. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.205502
  10. X. D. Bai, D. Zhong, G. Y. Zhang, X. C.Ma, S. Liu, and E. G. Wang : "Hydrogenstorage in carbon nitride nanobells", Appl.Phvs. Let... Vol. 79, 2001, p. 1552. https://doi.org/10.1063/1.1402958
  11. P. Chen, X. Wu, J. Lin, and K. L. Tan :"High $H_{2}$ uptake by alkali-doped carbonnanotubes under ambient pressure andmoderate temperature", Science, Vol. 285,1999, p. 91. https://doi.org/10.1126/science.285.5424.91
  12. R. T. Yang : "Hydrogen storage byalkali-doped carbon nanotubes revisited",Carbon, Vol. 38, 2000, p. 623. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(99)00273-0
  13. G. Che, B. B. Lakshmi, E. R. Fisher, andC. R. Martin : "Carbon nanotubulemembranes for electrochemical energystorage and production", Nature, Vol. 393,1998, p. 346. https://doi.org/10.1038/30694
  14. S. H. Joo, S. J. Choi, I. Oh, J. Kwak, Z.Liu, 0. Terasaki, and R. Ryoo : "Orderednanoporous arrays of carbon supportinghigh dispersions of platinumnanopar-ticles", Nature, Vol. 412, 2001, p.169. https://doi.org/10.1038/35084046
  15. H. Lee, Y. S. Kang, and J. Y. Lee :"Hydrogen plasma treatment on catalyticlayer and effect of oxygen additions onplasma chemical vapour deposition of carbon nanotube", J. Alloy and Comp.,Vol. 330, 2002, p. 569. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01599-7
  16. H. Lee, Y. S. Kang, S. H. Kim, and J. Y.Lee : " Hydrogen desorption properties ofmultiwall carbon nanotubes with closedand open structure", Appl. Phys. Lett,Vol. 80, 2002, p. 577 https://doi.org/10.1063/1.1446208
  17. H. E. Kissinger, Analytical Chemistry,Vol. 29, 1957, p. 1702. https://doi.org/10.1021/ac60131a045
  18. M. G. Nijkamp, J. E. M. J. Raaymakers,A. J. Van Dillen, and K. P. De Jong,Appl. Phys., A, Vol. 72, 2001, p. 619. https://doi.org/10.1007/s003390100847
  19. M. Rzepka, P. Lamp, M. A. de laCasa-Lillo : "Physisorption of hydrogenon microporous carbon and carbonnanotubes", J. Phys. Chem., B, Vol. 102, 1998, p. 10894. https://doi.org/10.1021/jp9829602
  20. A. C. Dillon, T. Gennett, J. L. Alleman,K.M. Jones, P. A. Parilla, and M. J.Heben : "Carbon nanotube materials forhydrogen storage", Proceeding of the 2000DOE/NREL hydrogen pro. review, 2000.
  21. D. R. McKenzie, R. C. McPhedran, N.Savvdes, and L. C. Botten, Phil. Mag. BVol. 48, 1983, p. 341.
  22. B. Dischler, A. Bubenzer, and P. Koidl,Solid State Commun. Vol. 48, 1983, p.105. https://doi.org/10.1016/0038-1098(83)90936-5
  23. K. Tada, S. Furuya, and K. Watanabe :"Ab initio study of hydrogen adsorptionto single-walled carbon nanotubes", Phys.Rev. B, Vol. 63, 2001, p. 155405. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.155405