INFIQC   05475
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN FISICO- QUIMICA DE CORDOBA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
¿Cómo influye el grado de oxidación y el tamaño de poro en el almacenamiento de hidrógeno en óxido de grafito reducido?
Autor/es:
C. B. ROBLEDO; M. I. ROJAS; O. R. CAMARA; E. P. M. LEIVA
Lugar:
Rosario, Santa Fe.
Reunión:
Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013
Institución organizadora:
Asociación Argentina de Investigación en Fisicoquímica
Resumen:
Introducción: El
hidrógeno es un vector energético que se puede emplear como combustible para
uso vehicular en motores de combustión o en celdas de combustible para autos
eléctricos. El desafío para su implementación consiste en mejorar la capacidad
de almacenamiento de este gas en tanques de volúmenes reducidos, de forma de
que se lo pueda almacenar y liberar a demanda en forma segura y a temperatura
ambiente. Una posibilidad de almacenamiento promisoria es ad/absorbido en
materiales porosos. Para esto, la energía de adsorción de H2 debe
ser de 0,1 - 0,5 eV/molécula1. Los
materiales carbonosos son una buena alternativa, ya que son livianos, de gran
área superficial y bajo costo comercial, pero es necesario incrementar su
capacidad de almacenamiento. Los óxidos de grafito (GO) tienen grupos hidroxilos
(-OH) y epoxi (-O-) intercalados entre sus láminas, favoreciendo el incremento
de la distancia interplanar, lo que genera una estructura porosa (Fig.1). Experimentalmente se ha observado que la dimensión de los poros varía desde 0,336 nm
en grafito hasta 0,731-0,791 nm en GO con el incremento del grado de oxidación2. En este trabajo
se investigó mediante cálculos de Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) con
Quantum-Espresso, las estructuras de GO y
GO reducido (GOH) con grado de oxidación entre 12,5% - 50%. El GOH se formó
hidrogenando los sitios epoxis. La celda unidad se modeló mediante 2 láminas de
carbono (32 átomos de C/lámina) con grupos funcionales adheridos por encima y por
debajo de las láminas de C. Se consideraron condiciones periódicas en x, y, z.
Objetivos:
Evaluar el efecto del
grado de oxidación y del tamaño de poro en GOH en las energías de adsorción de
las moléculas de hidrógeno.
Resultados: Los grupos epoxi,
presentes en el GO, son muy reactivos y en presencia de hidrógeno se reducen formando
agua. Para evitar esto, se redujo GO a GOH. El tamaño de poro aumenta con el
grado de oxidación de GOH, obteniéndose un espaciamiento máximo de 0,581 nm
para el material más oxidado. Las diferencias respecto de datos experimentales han
sido atribuidas a la presencia de moléculas de agua intercaladas. El grado de
oxidación que resultó óptimo para almacenamiento de hidrógeno fue del 25% (C64O12H8),
obteniéndose una energía de unión de la molécula de hidrógeno de 0,37 eV/molécula. Para
todos los grados de oxidación simulados, el tamaño de poro óptimo resultó ser
de 0,6 nm.
Conclusiones: La oxidación
del grafito produce la funcionalización del material, lo cual incrementa el
espaciamiento entre las láminas. Para lograr un almacenamiento óptimo de H2
es necesario desarrollar técnicas experimentales que permitan controlar los
grupos funcionales predominantes y además utilizar compuestos intercaladores
que permitan modificar los tamaños de poro para obtener espaciamientos de 0,6 nm.
Referencias
bibliográficas
1. Singh, A. K.; Yakobson, B.
I., J. Mater. Sci. 2012, 47,
(21), 7356.
2. Wang, H.; Hu, Y. H., Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50, (10),
6132.