تعديل المواد النانونية القائمة على الجرافين لتحسين تخزين الهيدروجين
No Thumbnail Available
Date
2025
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
الملخص
هناك حاجة ماسة ومتزايدة لمصادر طاقة بديلة ومتجددة ومستدامة بيئيًا لمواجهة ظاهرة
الاحتباس الحراري بفعالية ومعالجة الأزمة العالمية المتصاعدة في الطاقة. تدعم رؤية المملكة
العربية السعودية2030، وتؤكد على البحث العلمي في مجالي الطاقة والرعاية الصحية
لمواجهة هذه التحديات الملحة. ومع تزايد القلق البيئي وتأثيرات التغير المناخي، بالإضافة إلى
التركيز الاستراتيجي على أمن الطاقة، يتجه الاهتمام العالمي بسرعة نحو طاقة الهيدروجين.
حيث أصبح الهيدروجين يلعب دورًا متزايد الأهمية في نظم الطاقة الحديثة، وخاصة لتحقيق
التوازن في طبيعة مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة. كحامل محتمل وواعد للطاقة المتجددة،
يمتلك الهيدروجين كثافة طاقة عالية، واستدامة بيئية، وكفاءة ملحوظة.
وبفضل مساحته السطحية الكبيرة، وهياكله المنحنية، وقوة روابطه العالية، يُنظر بشكل متزايد
إلى الألواح القائمَة على الجرافين كمادة محتملة لتخزين الهيدروجين بكفاءة. في هذه الرسالة،
تم دراسة لوحات الجرافين النقية والمُطعمة بعناية لقدراتها على امتصاص الهيدروجين. تم
تحليل تأثير عمليات التطعيم بالبورون، والنتروجين، والسليكون بشكل دقيق باستخدام نظرية
دالة الكثافة(DFT).ًلً باستخدام طريقة جميع الإجراءات الحسابية شملت تحسينًا هندسيًا كام
B3LYPالمطبقة في برنامجGaussian 09 W، مع تصوُّر الهياكل الجزيئية عبرGauss
View 4.
ًلً مثاليًا نظرًا لكفاءته العالية وملائمته للبيئة. ومع ذلك، فإن تطوير يُعد الهيدروجين وقودًا بدي
طرق آمنة، وفعالة من حيث التكلفة، وقابلة للتوسع، لتخزين وإطلاق غاز الهيدروجين يظل
تحديًا كبيرًا. وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية(DOE)، هناك معايير أساسية ال بد من تلبيتها
لضمان تخزين وإطلاق فعّال وآمن للهيدروجين، وهي: (1) أن يكون طاقة امتصاص
الهيدروجين بين0.2و0.6إلكترون فولت، و (2) أن تصل نسبة وزن الهيدروجين إلى5.5٪
على الأقل. في دراستنا، تم تحقيق هذين الشرطين أول مرة، مؤكدة ً فعالية تخزين الهيدروجين
داخل وخارج ألواح الجرافين المطعمة بالسليكون.
Description
summary
There is a pressing and growing need for alternative, renewable, and environmentally sustainable energy sources to effectively combat global warming and address the escalating global energy crisis. Saudi Arabia's Vision 2030 supports and emphasizes scientific research in the fields of energy and healthcare to address these pressing challenges. With growing environmental concerns and the impacts of climate change, as well as a strategic focus on energy security, global attention is rapidly shifting toward hydrogen energy. Hydrogen is playing an increasingly important role in modern energy systems, particularly in balancing the intermittent nature of renewable energy sources. As a promising potential carrier for renewable energy, hydrogen possesses high energy density, environmental sustainability, and remarkable efficiency. Due to its large surface area, curved structures, and high bond strength, graphene-based panels are increasingly being considered as a potential material for efficient hydrogen storage. In this thesis, pure and doped graphene panels are carefully studied for their hydrogen absorption capabilities. The effect of doping with boron, nitrogen, and silicon was thoroughly analyzed using density functional theory (DFT). All computational procedures included a full geometry optimization using the B3LYP method implemented in Gaussian 09W, with molecular structures visualized via Gauss View 4. Hydrogen is an ideal alternative fuel due to its high efficiency and environmental friendliness. However, developing safe, cost-effective, and scalable methods for storing and releasing hydrogen gas remains a significant challenge. According to the U.S. Department of Energy (DOE), there are key criteria that must be met to ensure efficient and safe hydrogen storage and release: (1) the hydrogen adsorption energy must be between 0.2 and 0.6 eV, and (2) the hydrogen weight percentage must reach at least 5.5%. In our study, these two conditions have been met for the first time, confirming the effectiveness of hydrogen storage both inside and outside of silicon-doped graphene sheets.
Keywords
الفيزياء