حول آلية تخزين الهيدروجين في مادة الإطار العضوي المعدني

تم إجراء محاكاة مونت كارلو لنمذجة امتصاص الهيدروجين في مادة الإطار العضوي المعدني (MOF) التي تم تصنيعها مؤخرًا وتظهر سعة كبيرة لاستيعاب الهيدروجين الجزيئي. يُعتبر الإطار العضوي المعدني مثيرًا للإعجاب لأنه عند 78 كيلفن و1.0 جوي، يمتص الهيدروجين بكثافة قريبة من كثافة الهيدروجين السائل (عند 20 كيلفن و1.0 جوي) عند اعتبار كثافة H2 في المسام. على عكس معظم الإطارات العضوية المعدنية الأخرى التي تمت دراستها لتخزين الهيدروجين، فإن لهذا الإطار بنية أيونية عالية والعديد من القنوات الصغيرة نسبيًا. تظهر المحاكاة أن كلا من هاتين الخصائص الفيزيائية تؤديان إلى تفاعلات هيدروجين قوية نسبيًا في الإطار العضوي المعدني وفى النهاية امتصاص كبير للهيدروجين. مجهرًا، يتفاعل الهيدروجين مع الإطار العضوي المعدني من خلال ثلاثة مساهمات رئيسية لطاقة الجذب: فان دير فالس، والرباعية الشحنية، والاستحثاث. لم تركز المحاكاة السابقة لتخزين الهيدروجين في الإطارات العضوية المعدنية والمواد الأخرى على دور تأثيرات الاستقطاب، لكنها هنا تظهر على أنها المساهم الرئيسي في الفيزيوربشن للهيدروجين. في الواقع، تؤدي تفاعلات الاستقطاب في الإطار العضوي المعدني إلى مجموعتين متميزتين من الهيدروجين الثنائي القطب التي تم تحديدها من المحاكاة والتي ينبغي أن تكون قابلة للاكتشاف تجريبيًا باستخدام، على سبيل المثال، مطياف رامان. نظرًا لأن تفاعلات الاستقطاب تتزايد بشكل كبير بوجود إطار مشحون مع مسام ضيقة، فإن الإطارات العضوية المعدنية هي مرشحة ممتازة لتخزين الهيدروجين.