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Iron-Decorated, Functionalized Metal Organic Framework for High-Capacity Hydrogen Storage
작성자 관리자 등록일 2012.10.15 조회수 1311
첨부파일

Iron-Decorated,
Functionalized Metal Organic Framework for
High-Capacity Hydrogen Storage

 

임지순

 

 


수소(H2)는 미래의 청정 녹색 에너지 저장체이다.
연소 시에 이산화탄소를 전혀 배출하지 않으며 수소 연료전지와 함께 사용할 경우 그 에너지 효율은 현재 알려진 어떠한 연료보다도 높다.

수소 경제를 이루기 위해서는 기술적인 측면에서 세 가지 요소가 존재하는데 수소 생산, 수소 저장, 수소 연료전지이다. 수소 연료전지 차를 상용화하는데 있어서 현재 가장 큰 장애는 상온•상압 근처에서 충분한 밀도로 수소를 저장할 수 있는 물질의 부재이다.
(참고로 미국 에너지성(DOE)에서 2015년까지 도달하려는 수소 저장 질량밀도의 목표치는 5.5wt%이다.)

 


본 연구에서는 다공성 물질이면서도 입방 결정구조를 가진 Metal Organic Framework(MOF)들 중에서 특히 빈 공간이 큰 IRMOF16을 선택하였다. 그리고 소위 “Kubas” 상호작용을 이용하여 바탕 골격물질에 수소 부착량을 증가시키고자 하였고 그러한 상호작용을 일으키는 전이금속 중에서도 가격이 저렴하고 자원이 세계 어디에서 존재하는 철(Fe)을 선택하였다. 그리고 Density Functional Theory 및 Grand Canonical Monte Carlo simulation을 이용하여 저장 능력이 우수한 물질을 설계하고자 하였다.

 

 

 

 



본 연구에서는Metal-Organic Framework에 OH group을 달고 그 곳에 전이금속(Fe) 원자를 부착하여 수소저장 능력을 향상시킬 것을 제안하였다. 금속원자와 H2간의 상호 작용을 통해 증가되는 저장량 예측치는 4.2wt%이고 실용화 범위(5.5wt%)에 근접해가고 있다.

그림1에서는 본 연구에서 제안한 IRMOF16 구조에 수소가 최대한 저장된 모습을 보여주고 있다. 그리고 또한 그림2에서는 IRMOF16의 Linker 부분에 수소가 붙는 구체적인 과정 및 결합 에너지를 보여주고 있는데 수소가 각 Ti에 1개, 2개, 3개, 4개 붙을 때의 configuration 및 각각의 결합에너지(eV/H2)가 표시되었다.

그림 3은 Fe-decorated, OH-functionalized IRMOF16에서 수소가 붙기 전 및 수소가 붙은 후의 전체 1H2 0.160eV 모습을 보여주고 있다.

 

 

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