Interferencia del oxígeno en el almacenamiento de hidrógeno sobre grafeno decorado con metales

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

Mar del Plata

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

CNEA

INTERFERENCIA DEL OXÍGENO EN EL ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO SOBRE GRAFENO DECORADO CON METALES     Sigal A.(1), Rodriguez R.(2), Rojas M.I.(3), Leiva E.P.M.(3)   (1) Facultad de Matemática Astronomía y Física, Universidad Nacional de Córdoba, 5000 Córdoba, Argentina. asig89@gmail.com (2) Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba, Ciudad Universitaria, 5000 Córdoba, Argentina. ramiro246@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: grafeno decorado, oxígeno, hidrógeno, DFT     Los materiales carbonosos son buenos candidatos para el almacenamiento de hidrógeno en aplicaciones móviles, ya que son livianos, poseen una gran área superficial y además son de bajo costo comercial. Para incrementar la capacidad de almacenamiento de hidrógeno de estos materiales se los decora con metales. Mediante estudios de Teoría del Funcional Densidad (DFT), emulando las condiciones experimentales, hemos demostrado en que las principales dificultades prácticas que se tendrían a la hora de utilizar dichos materiales es la interferencia de especies moleculares presentes en el aire como el oxígeno, el cual resulta ser un competidor e inhibidor importante [1-2]. En el presente trabajo se analiza la adsorción competitiva de hidrógeno y oxígeno sobre láminas de grafeno decoradas con Ni, Ti, Cu, Pt, y K entre otros metales. El sistema se representa mediante una lámina de grafeno de con condiciones periódicas de contorno. Los mínimos locales se determinaron mediante la técnica de gradientes conjugados (CG), empleando cálculos DFT con polarización de espín empleando el programa  SIESTA [3]. El camino de reacción (de oxidación, formación de hidruros) se optimizó empleando el método de la banda elástica (NEB) [4]. En el caso del decorado de Ti sobre grafeno, el oxígeno residual provoca que el decorado se oxide en forma espontánea e irreversible y en estas condiciones disminuye la capacidad de almacenamiento del material. En el caso del decorado de Ni no se oxida pero igualmente el oxígeno resulta ser un interferente porque se adsorbe químicamente. En todos los decorados metálicos estudiados, vemos que a menos que se restrinja el acceso del oxígeno, su fuerte enlace a los sistemas decorados desalienta su aplicación práctica. También se estudió la posible formación de hidruros y la capacidad de almacenamiento de hidrógeno y se realizó un análisis de la contribución entrópica a la energía libre de adsorción.   [1] M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, Phys. Rev. B 76 155415 (2007). [2] A. Sigal, M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, Inter. J. of Hydrogen Energy 36 3537-3546 (2011). [3] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. Phys.: Condens. Matter 14 2745 (2002). [4] 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.