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Type: TESE
Title: Nanoestruturas de carbono para o armazenamento de hidrogênio : estudos computacionais
Title Alternative: Carbon nanostructures for hydrogen storage : computational studies
Author: Faro, Tatiana Mello da Costa, 1987-
Advisor: Skaf, Munir Salomão, 1963-
Abstract: Resumo: Atualmente, a economia mundial depende do uso de combustíveis fósseis para a geração de energia. Esse modelo apresenta problemas ambientais graves, uma vez que o petróleo é um material não-renovável e muito poluente. O gás hidrogênio apresenta-se como uma alternativa promissora para substituir os combustíveis utilizados atualmente devido a um conjunto de características positivas: ele é atóxico, tem uma alta densidade energética gravimétrica e gera apenas água como produto de sua combustão. Apesar de tais vantagens, ele ainda não é utilizado comercialmente em larga escala. O maior empecilho tecnológico para que o hidrogênio possa substituir os combustíveis fósseis está no seu armazenamento. Existem diversas propostas para armazenar o hidrogênio, como tanques contendo o hidrogênio nas formas de gás pressurizado ou de líquido, além de sistemas sólidos que permitam a sua adsorção. Todavia, nenhum sistema construído até então foi capaz de armazenar o hidrogênio de forma tão barata, segura e eficaz quanto seria necessário. Nanoestruturas de carbono são vistas como uma boa alternativa para construir dispositivos de armazenamento de hidrogênio baseados na fisissorção. Os nanopapiros de carbono, formados por folhas de grafeno enroladas no formato de um papiro, são considerados particularmente promissores para armazenar o hidrogênio, uma vez que possuem uma alta área superficial, extremidades abertas e distâncias intercamadas facilmente controláveis. Na primeira etapa deste trabalho, realizamos simulações de Dinâmica Molecular (MD) para estudar a dinâmica e a estabilidade de diversos nanopapiros em função de alguns dos seus parâmetros estruturais. Posteriormente, aplicamos o método de Monte Carlo Grand-Canônico (GCMC) para estudar o processo de adsorção de hidrogênio em nanopapiros selecionados, de forma a caracterizar quantitativamente e qualitativamente as fases adsorvidas

Abstract: Presently, the world economy depends on the use of fossil fuels to generate energy. This model presents serious environmental problems, since petroleum is a non-renewable and very pollutant material. Hydrogen gas presents itself as a promising alternative to substitute the fuels currently used due to a few positive characteristics: it is non-toxic, possesses a high gravimetric energetic density and only generates water as a combustion byproduct. In spite of all these advantages, hydrogen still isn't used commercially in a large scale. The biggest technological drawback for hydrogen to substitute fossil fuels is in its storage. There are many proposed ways to store hydrogen, such as tanks containing highly pressurized or liquid hydrogen, or solid systems that allow its adsorption. However, no system built up to the date had been able to store hydrogen as cheap, safe and efficiently as necessary. Carbon nanostructures are seen as a good alternative to build hydrogen storage devices based on physisorption. Carbon nanoscrolls, formed by graphene sheets scrolled in a papirus-like shape, are considered as particularly promising adsorption materials, since they possess a high surface area, open edges and easily controllable interlayer distances. In the first step of this work, we made Molecular Dynamics (MD) simulations to study the dynamics and the stability of several nanoscrolls as a function of their structural parameters. Subsequently, we used the Grand-Canonical Monte Carlo (GCMC) method to study the hydrogen adsorption process in selected nanoscrolls, as to characterize the adsorbed phases quantitatively and qualitatively
Subject: Dinâmica molecular
Monte Carlo Grand-Canônico
Nanoestruturas de carbono
Nanopapiros de carbono
Hidrogenio - Armazenamento
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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