본 연구에서는 THF + H2 이성분계 하이드레이트 형성과 이에 따른 상거동을 살펴보았다. 이성분계 하이드레이트 형성을 확인하기 위하여 핵자기 공명 장비와 라만 분광 분석 장비를 이용하여 수소 분자의 하이드레이트 동공 점유 현상과 하이드레이트의 형성 및 해리 과정에서의 온도 압력 변화를 추적함으로써 상평형 영역을 확인하였다. 이에 따라 하이드레이트 형성 시 THF는 구조-II의 5^(12)6^(4) 동공에 H2는 5^(12) 동공을 채우게 되며 비교적 상압과 상온의 조건에서 안정한 구조를 유지함을 알 수 있었다. 순수한 H2 하이드레이트는 1000 기압 이상의 매우 높은 압력 조건에서 형성된다는 사실을 고려한다면 THF는 훨씬 온화한 조건에서 쉽게 H2 저장을 유도할 수 있다는 사실을 알 수 있다.

In this study, we investigated that hydrate formation and phase behavior of the THF + H2 binary clathrate hydrates. In order to confirm the binary clathrate hydrate formation we employed the Raman and NMR spectroscopies that are known to be quite powerful tools, particularly for examining the cage occupancy pattern of guest molecules. In addition, we traced the P-T profiles from clathrate hydrate formation and dissociation process, which made it possible_x000D_ for the resulting phase equilibrium boundary to be clearly established. In the binary clathrate hydrate matrix we further identified that the relatively large THF molecules can only occupy the large 5^(12)6^(4) cavities, while the small H2 molecules are entrapped in the empty 5^(12) cavities in structure-II, making the hydrate to be stable above 273 K even at relatively low pressure condition. Considering that pure H2 hydrate can be produced at the extreme pressures higher that 1,000 bar, we can conclude that the water-soluble second guest inclusion induces H2 storage and transportation to be readily achievable under much milder conditions.

Hydrate Hydrogen Gas Storage

Jeffrey GA, McMullan RK, Progress in Inorganic Chemistry, vol. 8, Interscience Publishers, London(1967)
McMullen RK, Jeffery GA, J. Chem. Phys., 42, 2725 (1965)
Mak TCW, McMullan RK, J. Chem. Phys., 42, 2732 (1965)
Sloan ED, Koh CA, Clathrate Hydrate of Natural Gases, 3rd ed., CRC Press, New York(2008)
Ripmeester JA, Tse JS, Ratcliffe CI, Powell BM, Nature, 325, 135 (1987)
Udachin KA, Lipkowski J, “New Structures of Clathrate Hydrates,” 2nd International Conference on Natural Gas Hydrates, June, Toulouse, France(1996)
Mao WL, Mao HK, Goncharov AF, Struzhkin VV, Guo QZ, Hu JZ, Shu JF, Hemley RJ, Somayazulu M, Zhao YS, Science, 297, 2247 (2002)
Florusse LJ, Peters CJ, Schoonman J, Hester KC, Koh CA, Dec SF, Marsh KN, Sloan ED, Science, 306, 469 (2004)
Lee H, Lee JW, Kim DY, Park J, Seo YT, Zeng H, Moudrakovski IL, Ratcliffe CI, Ripmeester JA, Nature, 434, 743 (2005)
Strobel TA, Koh CA, Sloan ED, Fluid Phase Equilib., 261(1-2), 382 (2007)