Klatrat wodoru

Klatrat wodoru to klatrat zawierający wodór w sieci wodnej. Nie jest możliwe magazynowanie w ten sposób handlowych ilości wodoru w gospodarce wodorowej . Niedawny przegląd, który uwzględnia najnowocześniejsze i przyszłe perspektywy i wyzwania związane z magazynowaniem wodoru jako hydratów klatratów, został przedstawiony przez Veluswamy i in. (2014). Inną niezwykłą cechą jest to, że w każdym miejscu klatki w lodzie może występować wiele cząsteczek wodoru, jedna z niewielu cząsteczek gościa, które tworzą klatraty o tej właściwości. Maksymalny stosunek wodoru do wody wynosi 6 H ₂ do 17 H ₂ O. Można go formować w temperaturze 250 K w diamentowym kowadle pod ciśnieniem 300 MPa (3000 barów). Formowanie zajmuje około 30 minut, więc ta metoda jest niepraktyczna w przypadku szybkiej produkcji. Procent wagowy wodoru wynosi 3,77%. Przedziały klatki są sześciościenne i zawierają od dwóch do czterech cząsteczek wodoru. W temperaturach powyżej 160 K cząsteczki obracają się wewnątrz klatki. Poniżej 120K molekuły przestają krążyć po klatce, a poniżej 50K są zablokowane w ustalonej pozycji. Zostało to określone za pomocą deuteru w eksperymencie z rozpraszaniem neutronów .

Pod wyższym ciśnieniem może tworzyć się klatrat o stosunku 1: 1. Krystalizuje w sześciennej strukturze, w której zarówno H _2, jak i H ₂ O są ułożone w rombową siatkę. Jest stabilny powyżej 2,3 GPa.

Przy jeszcze wyższych ciśnieniach (powyżej 38 GPa) przewiduje się istnienie klatratu o strukturze kubicznej i stosunku 1:2: 2H ₂ •H _2O .

Bardziej złożone klatraty mogą występować z wodorem, wodą i innymi cząsteczkami, takimi jak metan i tetrahydrofuran .

Ponieważ wodór i lód wodny są powszechnymi składnikami wszechświata, jest bardzo prawdopodobne, że w odpowiednich okolicznościach powstaną naturalne klatraty wodoru. Może to wystąpić na przykład w lodowych księżycach. Klatrat wodoru prawdopodobnie powstawał w wysokociśnieniowych mgławicach, które tworzyły gazowe olbrzymy , ale nie w kometach.

^ Hirscher, Michael (4 sierpnia 2010). „hydraty klatratu”. Rozdział 3. Hydraty klatratów . Podręcznik przechowywania wodoru . Wiley'a. s. 63–79. doi : 10.1002/9783527629800.ch3 . ISBN 9783527629800 .
^ Sabo, Dubravko; Sabo, Dubravko; Clawson, Jacalyn; Rempe, Susan; Greathouse, Jeffery; Marcin, Marek; Leung, Kevin; Varma, Sameer; Cygan, Randall; Alam, Todd (7 marca 2007). „Klatraty wodoru jako hydraty jako potencjalny materiał magazynujący wodór” . MAR07 Spotkanie Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego . 52 (1): S39.012. Bibcode : 2007APS..MARS39012S . Źródło 10 września 2011 r .
^ Veluswamy, Hari Prakash; Kumar, Rajnish; Linga, Praveen (2014). „Przechowywanie wodoru w hydratach klatratów: aktualny stan wiedzy i przyszłe kierunki” . Zastosowana energia . 122 : 112–132. doi : 10.1016/j.apenergy.2014.01.063 .
^ ^abc ^{Lokshin , Konstantin}^A .; Yusheng Zhao; Duanwei He; Wendy L. Mao; Ho-Kwang Mao; Russella J. Hemleya; Maxim V. Lobanov i Martha Greenblatt (14 września 2004). „Struktura i dynamika cząsteczek wodoru w nowym hydracie klatratu metodą wysokociśnieniowej dyfrakcji neutronów”. Listy z przeglądu fizycznego . 93 (12): 125503-1-125503-4. Bibcode : 2004PhRvL..93l5503L . doi : 10.1103/PhysRevLett.93.125503 . PMID 15447276 .
^ Mao, Wendy L .; Mao, AF Gonczarow; WW Strużkin; Q. Guo; J. Hu, J. Shu; RJ Hemley; M Somayazulu i Y. Zhao (2002). „Klastry wodoru w hydracie klatratu”. nauka . 297 (5590): 2247–2249. Bibcode : 2002Sci...297.2247M . doi : 10.1126/science.1075394 . PMID 12351785 . S2CID 24168225 .
^ Vos, Willem L.; Palec, Larry W.; Hemley, Russell J.; Mao, Ho-kwang (sierpień 1996). „Zależność ciśnieniowa wiązań wodorowych w nowym klatracie H2O-H2”. Listy z fizyki chemicznej . 257 (5–6): 524–530. Bibcode : 1996CPL...257..524V . doi : 10.1016/0009-2614(96)00583-0 .
^ Qian, Guang-Rui; Lachow, Andrij O.; Zhu, Qiang; Oganow, Artem R.; Dong, Xiao (8 lipca 2014). „Nowe struktury hydratu wodoru pod ciśnieniem” . Raporty naukowe . 4 : 5606. Bibcode : 2014NatSR...4E5606Q . doi : 10.1038/srep05606 . PMC 4085642 . PMID 25001502 .
^ ^a ^b Strużkin, Wiktor; Burkhard Militzer; Wendy L. Mao; Ho-kwang Mao i Russell J. Hemley (7 grudnia 2006). „Przechowywanie wodoru w klatratach molekularnych” (PDF) . Chem ks . 107 (10): 4133–4151. doi : 10.1021/cr050183d . PMID 17850164 .
^ Smirnow, GS; Stegailov, VV (17 grudnia 2015). „Anomalna dyfuzja cząsteczek gościa w hydratach gazowego wodoru”. Wysoka temperatura . 53 (6): 829–836. doi : 10.1134/S0018151X15060188 . S2CID 123843390 .
^ Lunine, Jonathan I.; Stevenson, David J. (1985). „Termodynamika hydratu klatratu przy niskim i wysokim ciśnieniu z zastosowaniem do zewnętrznego układu słonecznego” . Seria suplementów do czasopism astrofizycznych . 58 : 493. Bibcode : 1985ApJS...58..493L . doi : 10.1086/191050 . Źródło 10 września 2011 r .

Linki zewnętrzne

Vos, Willem L.; Larry W. Palec; Russel J. Hemley i Ho-kwang Mao (8 listopada 1993). „Nowe klatraty H2-H2O pod wysokim ciśnieniem” (PDF) . Listy z przeglądu fizycznego . 71 (19): 3150–3153. Bibcode : 1993PhRvL..71.3150V . doi : 10.1103/physrevlett.71.3150 . PMID 10054870 .

[hohs-1] Hirscher, Michael (4 sierpnia 2010). „hydraty klatratu”. Rozdział 3. Hydraty klatratów . Podręcznik przechowywania wodoru . Wiley'a. s. 63–79. doi : 10.1002/9783527629800.ch3 . ISBN 9783527629800 .

[chaap-2] Sabo, Dubravko; Sabo, Dubravko; Clawson, Jacalyn; Rempe, Susan; Greathouse, Jeffery; Marcin, Marek; Leung, Kevin; Varma, Sameer; Cygan, Randall; Alam, Todd (7 marca 2007). „Klatraty wodoru jako hydraty jako potencjalny materiał magazynujący wodór” . MAR07 Spotkanie Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego . 52 (1): S39.012. Bibcode : 2007APS..MARS39012S . Źródło 10 września 2011 r .

[3] Veluswamy, Hari Prakash; Kumar, Rajnish; Linga, Praveen (2014). „Przechowywanie wodoru w hydratach klatratów: aktualny stan wiedzy i przyszłe kierunki” . Zastosowana energia . 122 : 112–132. doi : 10.1016/j.apenergy.2014.01.063 .

[lokshin2004-4] {Lokshin , Konstantin}^A .; Yusheng Zhao; Duanwei He; Wendy L. Mao; Ho-Kwang Mao; Russella J. Hemleya; Maxim V. Lobanov i Martha Greenblatt (14 września 2004). „Struktura i dynamika cząsteczek wodoru w nowym hydracie klatratu metodą wysokociśnieniowej dyfrakcji neutronów”. Listy z przeglądu fizycznego . 93 (12): 125503-1-125503-4. Bibcode : 2004PhRvL..93l5503L . doi : 10.1103/PhysRevLett.93.125503 . PMID 15447276 .

[5] Mao, Wendy L .; Mao, AF Gonczarow; WW Strużkin; Q. Guo; J. Hu, J. Shu; RJ Hemley; M Somayazulu i Y. Zhao (2002). „Klastry wodoru w hydracie klatratu”. nauka . 297 (5590): 2247–2249. Bibcode : 2002Sci...297.2247M . doi : 10.1126/science.1075394 . PMID 12351785 . S2CID 24168225 .

[6] Vos, Willem L.; Palec, Larry W.; Hemley, Russell J.; Mao, Ho-kwang (sierpień 1996). „Zależność ciśnieniowa wiązań wodorowych w nowym klatracie H2O-H2”. Listy z fizyki chemicznej . 257 (5–6): 524–530. Bibcode : 1996CPL...257..524V . doi : 10.1016/0009-2614(96)00583-0 .

[7] Qian, Guang-Rui; Lachow, Andrij O.; Zhu, Qiang; Oganow, Artem R.; Dong, Xiao (8 lipca 2014). „Nowe struktury hydratu wodoru pod ciśnieniem” . Raporty naukowe . 4 : 5606. Bibcode : 2014NatSR...4E5606Q . doi : 10.1038/srep05606 . PMC 4085642 . PMID 25001502 .

[hsimc-8] Strużkin, Wiktor; Burkhard Militzer; Wendy L. Mao; Ho-kwang Mao i Russell J. Hemley (7 grudnia 2006). „Przechowywanie wodoru w klatratach molekularnych” (PDF) . Chem ks . 107 (10): 4133–4151. doi : 10.1021/cr050183d . PMID 17850164 .

[9] Smirnow, GS; Stegailov, VV (17 grudnia 2015). „Anomalna dyfuzja cząsteczek gościa w hydratach gazowego wodoru”. Wysoka temperatura . 53 (6): 829–836. doi : 10.1134/S0018151X15060188 . S2CID 123843390 .

[10] Lunine, Jonathan I.; Stevenson, David J. (1985). „Termodynamika hydratu klatratu przy niskim i wysokim ciśnieniu z zastosowaniem do zewnętrznego układu słonecznego” . Seria suplementów do czasopism astrofizycznych . 58 : 493. Bibcode : 1985ApJS...58..493L . doi : 10.1086/191050 . Źródło 10 września 2011 r .