Сравнение потенциалов пор различной геометрии

На рис. 52 представлено сравнение потенциалов объемной подложки (3.9), цилиндрического стержня (3.23) и шарообразного тела (3.16) с приведенными радиусами, равными двум. Как и следовало ожидать, шар обладает наиболее слабым потенциалом.

Рис. 51. Потенциал плоской массивной подложки. 1 - Потенциал (3.9), 2 - потенциал Стила, 3 - 1 монослой + потенциал (3.9), 4 - 2 монослоя + потенциал (3.9), 5 - 3 монослоя + потенциал (3.9).

Рис. 52. Потенциалы тел различной геометрии. 1 - объемная

плоскопараллельная подложка, 2 - цилиндрический стержень, 3 -

шарообразное тело. Приведенные радиусы равны двум.

Рис. 53 демонстрирует тот факт, что цилиндрические и сферические поры обладают лучшими адсорбционными качествами по сравнению со щелевидными.

Рис. 53. Потенциалы пор различной геометрии в веществе. 1 - щелевидная плоскопараллельная пора, 2 -

цилиндрическая пора, 3 - сферическая пора. Приведенные радиусы равны двум, толщина щелевидной поры равна четырем.

Полученные выражения для потенциалов позволяют также выяснить, поры какой геометрии при прочих равных условиях могут привести к большей адсорбции. Выше рассматривался потенциал бесконечной щелевидной поры [183]. Потенциал (3.20) соответствует углеродным нанотрубкам с индексами хиральности (m, n), диметр которых можно вычислить согласно следующей формуле [180]:

I

Здесь b- длина С-С связи, равная 0,142 нм. Например, для трубки (15,15) D =2.034 нм, для (25,25) D =3.39 нм, а для (30,30) D =4.068 нм. Учитывая, что диаметр атома водорода примерно равен 0.3 нм, то диаметр нанотрубки (30,30) соответствует 13-ти диаметрам атомов водорода.

На рис. 54 сравниваются потенциалы щелевидной, цилиндрической и сферической пор. Согласно представленным результатам, сферические поры могут оказаться наиболее предпочтительными для создания пористых адсорбентов - контейнеров для водородного топлива.

Таким образом, выше были рассмотрены одночастичные потенциалы для поверхностей различного типа, отвечающих плоской, сферической и цилиндрической геометриям. Использование одночастичных потенциалов отвечает континуальному рассмотрению адсорбента, при котором дискретная (атомно-молекулярная) структура адсорбента не учитывается. Однако, отчасти дискретную структуру адсорбента можно учесть путем использования слоистой модели, т.е. выделением в граничном слое адсорбента одного («верхнего») или нескольких нанослоев. Такой подход приводит, как было показано выше, к повышению точности адсорбционных потенциалов. Также была показана необходимость учета конечности размеров пор при рассмотрении поверхностных явлений.

Рис. 54. Потенциалы адсорбентов различной геометрии. 1 - плоскопараллельная щелевидная пора, 2 - цилиндрическая поверхность (нанотрубка), 3 - сферическая поверхность (фуллерен). Приведенные радиусы равны трем, толщина щелевидной поры равна шести.