Влияние облучения γ-квантами на сорбцию водорода нанопористыми углеродными материалами

Abstract

Исследовано влияние радиационного облучения в среде водорода на сорбцию водорода синтетическим пористым углеродным наносорбентом СКН (сферический карбонит насыщенный). Облучение осуществлено γ-квантами кобальта-60 (энергия кванта 1,2 МэВ, доза облучения 4,8•10⁷ рад) в среде нормального водорода при давлении 1 атм и температуре 300 К. Процессы сорбции и десорбции водорода образцами СКН до и после облучения исследованы в интервале температур 15–1173 К. Обнаружено, что облучение СКН в среде водорода существенно повышает количество сорбированного в образце водорода. Проведено сопоставление с результатами выполненных ранее исследований влияния облучения на сорбцию водорода одностенными углеродными нанотрубками. Количество физически сорбированного водорода в облученном в среде водорода синтетическом сорбенте СКН в четыре раза превышает количество водорода, физически сорбированного одностенными углеродными нанотрубками, облученными в подобных условиях. При температуре ниже 25 К для подсистемы пор с наибольшими коэффициентами диффузии наблюдалось практически полное отсутствие температурной зависимости диффузии водорода в СКН, что характерно в случае преобладания туннельного механизма диффузии над термоактивационным.

Досліджено вплив радіаційного опромінення в середовищі водню на сорбцію водню синтетичним пористим вуглецевим наносорбентом СКН (сферичний карбоніт насичений). Опромінення здійснено γ-квантами кобальту-60 (енергія кванта 1,2 МеВ, доза опромінення 4,8•10⁷ рад) у середовищі нормального водню під тиском 1 атм і температурі 300 К. Процеси сорбції та десорбції водню зразками СКН до та після опромінення досліджено в інтервалі температур 15–1173 К. Виявлено, що опромінення СКН у середовищі водню суттєво підвищує кількість сорбованого зразком водню. Проведено зіставлення з результатами виконаних раніше досліджень впливу опромінення на сорбцію водню одностінними вуглецевими нанотрубками. Кількість фізично сорбованого водню в опроміненому в середовищі водню синтетичному сорбенті СКН в чотири рази перевищує кількість водню, фізично сорбованого одностінними вуглецевими нанотрубками, які опромінені в подібних умовах. При температурі нижче 25 К для підсистеми пор з найбільшими коефіцієнтами дифузії спостерігалася практично повна відсутність температурної залежності дифузії водню в СКН, що характерно у випадку переваги тунельного механізму дифузії над термоактиваційним.

The effect of radioactive irradiation in the atmosphere of hydrogen upon the H₂ sorption with a synthetic porous SCN (spherical carbonite saturated) carbon nanosorbent has been investigated. The irradiation was performed by applying γ-quanta of cobalt-60 (quantum energy of 1.2 MeV and dose of 4,8⋅10⁷ rad) in the medium of normal hydrogen at P = 1 atm and T = 300 K. The processes of H₂ sorption–desorption in the SCN samples before and after the irradiation were investigated at temperatures ranged from 15 to 1173 K. It is found that the irradiation of the SCN samples in the H₂ atmosphere increases considerably the quantity of H₂ sorbed in the sample. The results obtained are compared with the previous data on the irradiation effect on H₂ sorption in single-walled carbon nanotubes. The quantity of hydrogen physically sorbed in the synthetic SCN sorbent irradiated in the H₂ atmosphere is four times larger than the quantity of hydrogen physically sorbed in the single-walled carbon nanotubes irradiated under similar conditions. Below 25 K the diffusion of hydrogen in the porous SCN subsystem with the highest diffusion coefficients is practically independent of temperature, which is typical of the case where the tunnel mechanism of diffusion dominates over the thermally activated one.