Hydrogen production using aluminum-water splitting: A combined experimental and theoretical approach

化学 活化能 密度泛函理论 制氢 物理化学 吸附 反应速率 热力学 离解(化学) 分子振动 反应速率常数 分子 计算化学 动力学 催化作用 有机化学 物理 量子力学
作者
Kandasamy Jayaraman,Rasiha Nefise Mutlu,Esra Eroğlu,Mehmet Karaca,Hande Toffoli,İskender Gökalp
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:52: 202-211 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.04.068
摘要

Hydrogen generation from aluminum hydrolysis with NaOH as an activator is investigated experimentally. A theoretical model is developed using the Density Functional Theory (DFT) and a one-dimensional transport model formalism. The effects of NaOH concentration and reaction temperature on hydrogen production rates are investigated. The kinetic parameters calculated by DFT are used in the COMSOL transport equations and compared. A transport model is implemented for a reaction-diffusion problem of water over the Al surface. The activation barrier increases as the reaction progresses and adsorption of H2O molecules is limited due to space constraints. The reaction rate constants depend on temperature, species convection, and vibrational frequency. The three chemical reaction steps have activation barriers ranging from 7.72 to 61.75 kJ/mol. The activation barrier of the first H2O dissociation step is Ea,1 = 7.72 kJ/mol, whereas the second and third steps have activation barriers of Ea,2 = 15.44 kJ/mol and Ea,3 = 61.75 kJ/mol, respectively. The estimated DFT harmonic vibrational frequency of H2O stretching mode is 3788 cm−1.
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