Estudio teórico de la adsorción de hidrógeno sobre grafeno y nanotubos de carbono decorados con paladio

IGNACIO LÓPEZ CORRAL; ESTEFANÍA GERMÁN; MARÍA ALICIA VOLPE; GRACIELA BRIZUELA; ALFREDO JUAN

Santiago

Congreso; 8º Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales CONAMET-SAM 2008; 2008

SOCHIM, SAM, UTEM, CENIM

Desde su descubrimiento en 1991, los nanotubos de carbono (CNT) han despertado gran interés en Ciencia de Materiales gracias a sus extraordinarias propiedades estructurales, electrónicas y mecánicas, las cuales permiten su aplicación en numerosos y diversos ámbitos. Una de las aplicaciones más prometedoras es la posibilidad de utilizar CNT para almacenar hidrógeno gaseoso en forma segura y construir así celdas de combustible a pequeña escala. Desafortunadamente, los estudios experimentales realizados desde hace varios años han originado muchas veces conclusiones controversiales, suscitando un continuo debate aún no resuelto. Los trabajos más recientes sugieren que es factible logar el almacenamiento de hidrógeno con fines prácticos mediante CNT decorados con metales de transición, por ejemplo Pd. En este contexto, es innegable la necesidad de recurrir a métodos teóricos de modelado, de modo tal de comprender en detalle la influencia y alcance de este tipo de modificación en la interacción de los nanotubos con las moléculas de hidrógeno. En el presente trabajo se estudió la adsorción de hidrógeno en nanotubos de carbono de capa simple (SWCNT) dopados con átomos de Pd, mediante métodos semiempíricos y de funcional densidad (DFT), haciendo especial énfasis en el análisis orbital del sistema de quimisorción. Como aproximación preliminar al sistema se recurrió a una lámina de grafeno, modelada tanto mediante un “cluster” de 24 átomos de C como por un “slab” bidimensional, sobre los que se dispuso un único átomo de Pd en diferentes sitios de adsorción de acuerdo a estudios teóricos previos realizados con otros metales. Luego se emplearon superceldas tetragonales de dimensiones adecuadas para simular dos SWCNT de diferente tipo: el SWCNT zigzag de quiralidad (10,0) y el SWCNT armchair de quiralidad (5,5), decorados ambos en forma similar al grafeno. Los resultados obtenidos mediante las aproximaciones de grafeno y nanotubo son concordantes y demuestran que los SWCNT modificados con Pd poseen mayor capacidad de interacción con el hidrógeno que los SWCNT no dopados y que, por lo tanto, son aptos como sistemas de almacenamiento, de acuerdo con la evidencia experimental.