Almacenamiento de hidrógeno en materiales carbonosos porosos decorados con metales de transición

RAMIRO RODRÍGUEZ; AGUSTÍN SIGAL; MARIANA ISABEL ROJAS; EZEQUIEL PEDRO MARCOS LEIVA

Mar del Plata

Congreso; 4º Congreso Nacional - 3º Congreso Iberoamericano de HIDRÓGENO Y FUENTES SUSTENTABLES DE ENERGÍA (HYFUSEN); 2011

CNEA

ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS POROSO DECORADOS CON METALES DE TRANSICIÓN     Rodriguez R.(1), Sigal A.(2), Rojas M.I.(3), Leiva E.P.M.(3)   (1) Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba, Ciudad Universitaria, 5000 Córdoba, Argentina. ramiro246@gmail.com (2) Facultad de Matemática Astronomía y Física, Universidad Nacional de Córdoba, 5000 Córdoba, Argentina. asig89@gmail.com (3) Departamento de Matemática y Física, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, 5000 Córdoba, Argentina. mrojas@fcq.unc.edu.ar, eleiva@fcq.unc.edu.ar   Palabras Claves: materiales carbonosos porosos, decorados metálicos, hidrógeno, oxígeno, DFT     En la búsqueda de nuevos materiales útiles para almacenar hidrógeno, se desarrolla una intensa actividad de investigación con materiales carbonosos porosos puros [1] y con decorados metálicos [2]. La decoración de materiales carbonosos con metales incrementa la adsorción de hidrógeno, pero es  interferida por coadsorción de otras sustancias presentes en el aire, principalmente el oxígeno, que produce el bloqueo del decorado [3-4]. En el presente trabajo empleamos cálculos basados en el funcional de la densidad electróncia (DFT) a los efectos de optimizar el tamaño del poro para restringir el acceso del oxígeno, como también de otras sustancias presentes en el aire que interfieren en la adsorción del hidrógeno. El material carbonoso se representó mediante 64 átomos de carbono ordenados siguiendo una estructura tipo panal abeja y decoradas con un átomo de Ni, Pt o Pd. En todos lo casos se aplicaron condiciones periódicas de contorno para evitar los efectos de borde. En la determinación de los mínimos locales, se empleó el algoritmo de Gradientes Conjugados (CG) y cálculos DFT con polarización de espín contenidos en el programa  SIESTA [5]. En este caso debemos considerar la posibilidad de que el decorado forme hidruros en presencia de hidrógeno, por lo cual estudiamos dicha reacción optimizando el camino de reacción mediante el método de la banda elástica (NEB) [6]. Se consideraron diferentes estructuras de poros, lo cuales se representaron mediante: 1- nanotubos de carbono de diámetro adecuado, 2- dos superficies de grafeno corrugadas con regiones de curvatura cóncava y convexa, 3- dos láminas de grafeno planas separados por una distancia adecuada. Se analizaron los sitios de adsorción de los decorados metálicos, representados como adsorción atómica de Ni, Pt,  y Pd ; la carga que presentan, la cantidad de moléculas de hidrógeno que coordinan dentro del poro y la posibilidad de formación de hidruros.   [1] J.S. Im, S. Park, T.J. Kim,Y.H. Kim, Y. Lee, J. of Colloid and Interface Science 318 42-49 (2008). [2] B.J. Kim, S. Park, Inter. J. of Hydrogen Energy 36 648-653 (2011). [3] M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, Phys. Rev. B 76 155415 (2007). [4] A. Sigal, M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, Inter. J. of Hydrogen Energy 36 3537-3546 (2011). [5] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. Phys.: Condens. Matter 14 2745 (2002). [6] G. Henkelman, B.P. Uberuaga, H. Jonsson, J. Chem. Phys. 113 (2000) 9901-04.  G. Henkelman, H. Jonsson, J. Chem. Phys. 113 (2000) 9978-85.