얼음 17

Ice XVII
얼음의 결정구조 17

얼음 17은 2016년에 발견된 육각형 구조와 나선형의 수로를 가진 준안정한 형태의 얼음입니다.그것은 수소 분자를 가진 물을 고압으로 얼려서 채워진 얼음을 형성하고, 그 구조에서 수소 분자를 제거함으로써 형성될 수 있습니다.이 형태는 수소 저장에 사용될 가능성이 있습니다.중수로[a] 만들어진 얼음 17은 또한 순수 입방체 얼음으로 환원될 수 있습니다.

디스커버리

2016년, 새로운 형태의 얼음의 발견이 발표되었습니다.[1]"대기 온도에서 전이 가능한 다공성 물 얼음"으로 특징지어지는 이 새로운 형태는, 또 다른 다공성 형태의 얼음인 얼음 XVI가 클래드레이트 수화물로부터 합성되는 방법과 비슷하게, 채워진 얼음을 가져다가 비물 성분을 제거함으로써 발견되었습니다.[2][1][3][4][5]

얼음 XVII를 만들기 위해, 연구원들은 먼저 수소(H2)와 물(HO2)의 혼합물로부터 C라는0 이름의 안정된 단계로, 100에서 270 K (-173에서 -3 °C; -280에서 26 °F)의 온도와 360에서 700 MPa (52,000에서 102,000 psi; 3,600에서 6,900 atm)의 압력을 사용하여 채운 얼음을 만들었습니다.[1][b]채워진 얼음은 진공 상태에 놓이게 되고, 수소가 결정 구조에서 벗어날 때까지 온도는 점차 증가합니다.[1][3][c]생성된 형태는 120K(-153°C; -244°F) 이하에서는 실내 압력에서 준안정적이지만 130K(-143°C; -226°F) 이상에서는 얼음h I(일반 얼음)으로 붕괴됩니다.[1][3]결정 구조는 본질적으로 육각형이며, 기공은 지름이 약 6.10Å(6.10−10×10m; 2.40−8×10in)인 나선형 채널입니다.[1][3]

수소저장장치

그 발견 발표는 또한 얼음 XVII가 그것의 구조를 손상시키지 않고 반복적으로 수소 분자를 흡착하고 방출할 수 있다고 언급했습니다.[1]얼음 XVII가 흡착할 수 있는 수소의 총량은 가해지는 압력의 양에 따라 다르지만, 온도가 40K(-233.2 °C; -387.7 °F) 이하일 경우 수 밀리바[d] 정도의 낮은 압력에서도 얼음 XVII에 의해 수소 분자가 흡착될 수 있습니다.[1][6]흡착된 수소 분자는 열을 가하여 방출되거나 탈착될 수 있습니다.[6]이것은 얼음 XVII의 예기치 않은 특성이었고, 환경 기술에서 종종 언급되는 문제인 수소 저장을 위해 사용되도록 허용할 수 있었습니다.[1][6]

압축 또는 액화를 통해 수소를 저장하는 것 외에도, 가역적인 화학 공정(화학 흡수)을 통해 또는 수소 분자가 반데르발스 힘(물리 흡수)을 통해 물질에 부착되도록 하여 고체 물질 내에 저장될 수도 있습니다.[6]얼음 XVII가 사용하는 저장 방법은 후자의 범주인 물리적 흡수에 해당합니다.[6]물리적 흡수에서는 화학 반응이 없고, 수소 분자 내의 두 원자 사이의 화학적 결합은 그대로 유지됩니다.이 때문에 얼음 XVII가 견딜 수 있는 흡착-탈착 주기는 "이론적으로 무한하다".[1][6]

얼음 XVII를 수소 저장 매체로 사용하는 것의 한 가지 중요한 이점은 수소와 물이라는 단 두 가지 화학 물질의 저렴한 비용입니다.[6]또한 얼음 XVII는 수소를 40% 이상의 H2 대 HO2 몰비로 저장할 수 있는 능력을 보여주었는데, 이는 또 다른 잠재적 저장 매체인 sII 포접수물의 이론적 최대 비율보다 높습니다.[1]그러나 얼음(XVII)을 저장 매체로 사용할 경우 130K(-143°C; -226°F)의 온도로 유지하거나 불안정해질 위험이 있습니다.[6]

입방체 얼음

2020년에 중수(DO2)를 기반으로 한 입방체 얼음이 얼음 XVII로부터 형성될 수 있다고 보고되었습니다.[7]이것은 특별히 준비된 DOice2 XVII 분말을 가열함으로써 이루어졌습니다.[7]그 결과는 표준 입방체 얼음, 즉 얼음 I에sd 비해 구조적인 기형이 없었습니다.[7][8]이 발견은 다른 연구 그룹이 C 단계에서2 먼저 채워진 얼음을 합성한 후 압축을 풀어서 순수 DO2 입방체 얼음을 얻을 수 있었다고 발표했을 때 비슷한 시기에 보고되었습니다.[9][1][b]

참고 항목

메모들

  1. ^ 중수는 중성자를 포함하고 있는 수소의 한 형태인 중수소(2H 또는 D)에 기반을 둔 물입니다.
  2. ^ a b C0, C1, C는2 모두 고압에서 형성되는 H와2 HO2 분자의 혼합물의 안정한 고체 상입니다.[1][3]때때로 포접수액 수화물(또는 포접수액)이라고도 하지만, 포접수액 수화물에서 일반적으로 발견되는 케이지(cage)와 같은 구조가 없으며, 더 적절하게 포접수액(filling ice)[1][3][4]이라고도 합니다.
  3. ^ 110~120K(-163~-153°C, -262~-244°F)의 온도 범위를 유지하면 약 2시간 후에 구조가 감지 가능한 수소 분자를 모두 비웁니다.[1][3]
  4. ^ 1밀리바는 100Pa(0.015psi; 0.00099 atm)에 해당합니다.

참고문헌

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o del Rosso, Leonardo; Celli, Milva; Ulivi, Lorenzo (7 November 2016). "New porous water ice metastable at atmospheric pressure obtained by emptying a hydrogen-filled ice". Nature Communications. 7 (1): 13394. arXiv:1607.07617. Bibcode:2016NatCo...713394D. doi:10.1038/ncomms13394. PMC 5103070. PMID 27819265.
  2. ^ Chaplin, Martin. "Ice-seventeen (Ice XVII)". Archived from the original on 2022-09-11. Retrieved 2022-09-11.{{cite web}}: CS1 maint : bot : 원본 URL 상태 알 수 없음 (링크)[자체 published 소스?]
  3. ^ a b c d e f g Chaplin, Martin. "Ice-seventeen (Ice XVII)". Archived from the original on 2022-09-11. Retrieved 2022-09-11.{{cite web}}: CS1 maint : bot : 원본 URL 상태 알 수 없음 (링크)[자체 published 소스?]
  4. ^ a b Liu, Yuan; Huang, Yingying; Zhu, Chongqin; Li, Hui; Zhao, Jijun; Wang, Lu; Ojamäe, Lars; Francisco, Joseph S.; Zeng, Xiao Cheng (25 June 2019). "An ultralow-density porous ice with the largest internal cavity identified in the water phase diagram". Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (26): 12684–12691. Bibcode:2019PNAS..11612684L. doi:10.1073/pnas.1900739116. PMC 6600908. PMID 31182582.
  5. ^ Falenty, Andrzej; Hansen, Thomas C.; Kuhs, Werner F. (December 2014). "Formation and properties of ice XVI obtained by emptying a type sII clathrate hydrate". Nature. 516 (7530): 231–233. Bibcode:2014Natur.516..231F. doi:10.1038/nature14014. PMID 25503235. S2CID 4464711.
  6. ^ a b c d e f g h Del Rosso, Leonardo; Celli, Milva; Ulivi, Lorenzo (June 2017). "Ice XVII as a Novel Material for Hydrogen Storage". Challenges. 8 (1): 3. doi:10.3390/challe8010003.
  7. ^ a b c del Rosso, Leonardo; Celli, Milva; Grazzi, Francesco; Catti, Michele; Hansen, Thomas C.; Fortes, A. Dominic; Ulivi, Lorenzo (June 2020). "Cubic ice Ic without stacking defects obtained from ice XVII". Nature Materials. 19 (6): 663–668. arXiv:1907.02915. Bibcode:2020NatMa..19..663D. doi:10.1038/s41563-020-0606-y. PMID 32015533. S2CID 195820566.
  8. ^ Chaplin, Martin. "Stacking disordered ice; Ice Isd". Archived from the original on 2022-09-11. Retrieved 2022-09-11.{{cite web}}: CS1 maint : bot : 원본 URL 상태 알 수 없음 (링크)[자체 published 소스?]
  9. ^ Komatsu, Kazuki; Machida, Shinichi; Noritake, Fumiya; Hattori, Takanori; Sano-Furukawa, Asami; Yamane, Ryo; Yamashita, Keishiro; Kagi, Hiroyuki (3 February 2020). "Ice Ic without stacking disorder by evacuating hydrogen from hydrogen hydrate". Nature Communications. 11 (1): 464. arXiv:1909.03400. Bibcode:2020NatCo..11..464K. doi:10.1038/s41467-020-14346-5. PMC 6997176. PMID 32015342.