Materiales para almacenamiento de hidrógeno: estudio teórico de óxido de grafito reducido

CARLA BELÉN ROBLEDO; MARIANA ISABEL ROJAS ; OSVALDO CÁMARA; EZEQUIEL PEDRO MARCOS LEIVA

Puerto Iguazú

Congreso; 13er congreso International en Ciencia y Tecnología de Metalurgia y Materiales 2013; 2013

SAM-CONAMET

Materiales para almacenamiento de hidrógeno: estudio teórico de óxidos de grafito reducido Tópico sugerido: Materiales Nanoestructurados Autores: Carla Belén Robledo(1), Mariana I. Rojas(1), Osvaldo Cámara(2), Ezequiel P.M. Leiva(1)     (1)       Departamento de Matemática y Física - INFIQC. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Nacional de Córdoba. Córdoba. Argentina. (2)       Departamento de Físico Química - INFIQC. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Nacional de Córdoba. Córdoba. Argentina. * e-mail de autor de correspondencia: carla.ro@gmail.com   Palabras claves: Hidrógeno, Almacenamiento, Grafito, DFT.     El gran desafío actual para la implementación del hidrógeno como combustible para uso vehicular (en combustión interna o celdas de combustible) está en mejorar la capacidad de almacenamiento en materiales adecuados y con volúmenes reducidos. Una interesante posibilidad es ad/absorberlo en materiales porosos. Para lograr un almacenamiento reversible, la energía de adsorción de H2 debe ser 0,1 - 0,5 eV/molécula. Los materiales carbonosos son una buena alternativa por ser livianos, de gran área superficial y bajo costo comercial, pero es necesario incrementarle su capacidad de almacenamiento. Los óxidos de grafito (GO) tienen grupos hidroxilos y epoxi intercalados entre sus láminas, que aumentan la distancia interplanar, generando una estructura porosa. En este trabajo se investigó mediante cálculos teóricos usando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) las estructuras de  GO y GO reducido (GOH) con grado de oxidación entre 12,5% - 50%. El GOH se formó hidrogenando los sitios epoxi. La celda unidad se modeló mediante 2 láminas de carbono (32 átomos de C/lámina) con grupos funcionales oxigenados por encima y por debajo de cada lámina, y se evaluó el efecto del grado de oxidación y de tamaño de poro en GOH en las energías de adsorción de las moléculas de hidrógeno. El tamaño de poro aumentó con el grado de oxidación de GOH, obteniéndose un espaciamiento máximo de 0,581 nm para el material más oxidado. El grado de oxidación óptimo para almacenamiento de hidrógeno fue de 25% (C64O12H8), obteniéndose una energía de unión del H2 de 0,37 eV/molécula. Para todos los grados de oxidación simulados, el tamaño de poro óptimo fue de 0,6 nm. Se puede concluir que para lograr un almacenamiento óptimo de H2 en materiales de grafito, es necesario desarrollar técnicas experimentales que permitan controlar la concentración de grupos funcionales oxigenados y/o utilizar compuestos intercaladores que permitan manipular el tamaño de poro.