Estudio mecanocuántico del almacenamiento de hidrógeno sobre superficies de grafeno decoradas con níquel

AGUSTÍN SIGAL; MARIANA ISABEL ROJAS; EZEQUIEL PEDRO MARCOS LEIVA

Malargüe, Mendoza, Argentina

Congreso; 95 Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2010

Asociación Física Argentina

ESTUDIO MECANOCU´ANTICO DEL ALMACENAMIENTO DEHIDR´ OGENO SOBRE SUPERFICIES DE GRAFENO DECORADAS CONN´IQUELA.Sigal1, M.I. Rojas2, E.P.M. Leiva21 Facultad de Matem´atica Astronom´ıa y F´ısica. 2Departamento de Matem´atica y F´ısica,Facultad de Ciencias Qu´ımicas. Universidad Naciona de C´ordoba, 5000 C´ordoba,Argentina. E-mail: eleiva@fcq.unc.edu.arEl empleo de hidr´ogeno como combustible renovable ha generado la necesidad de lograrsistemas de almacenamiento m´as eficientes desde el punto de vista volum´etrico. Para estefin, las superficies carbon´aceas (nanotubos, fulerenos, grafenos, etc...) se han propuestocomo una alternativa promisoria por poseer una gran ´area espec´ıfica y por ser materialeslivianos. A los fines de aumentar su capacidad de almacenamiento para hidr´ogeno, seha propuesto su modificaci´on con diferentes metales, entre ellos los de transici´on. Enesta direcci´on, Yildirim [1] propuso desde una perspectiva te´orica decorar nanotubos decarbono con titanio como un avance promisorio en los estudios de almacenamiento dehidr´ogeno. Sin embargo, cabe esperar que durante el proceso de manufactura puedasurgir el problema de la oxidaci´on irreversible del titanio a di´oxido de titanio en presenciade ox´ıgeno del aire. Esta hip´otesis fue demostrada mediante estudios mecanocu´anticos deuna l´amina de grafeno modificada con titanio en presencia de los componentes del aire [2].Tambi´en se encontr´o que el decorado de di´oxido de titanio posee claramente una menorcapacidad de almacenamiento, por lo cual se hace necesario proponer la decoraci´on conalg´un otro metal que no se oxide tan f´acilmente. En este trabajo proponemos emplearn´ıquel para decorar superficies carbon´aceas y estudiamos su capacidad de almacenamientode hidr´ogeno. Este metal se presenta como un buen candidato ya que se conoce deliteratura que un ´atomo de n´ıquel en el vac´ıo puede coordinar hasta 5 mol´eculas dehidr´ogeno y adem´as no se oxida tan facilmente en presencia de aire. Para anticiparnosa los problemas que puede surgir durante los procesos de manufactura, manipulaci´on yoperaci´on de los sistemas de almacenamiento, estudiamos por medio de m´etodo de c´alculodel funcional densidad (DFT) 1- la estabilidad del NiO sobre grafeno, 2- la reacci´on dereducci´on del NiO a Ni, 3- la interacci´on entre el decorado de Ni/grafeno y los componentesdel aire, 4- la posibilidad de formaci´on de hidruros durante el proceso de almacenamiento y5- la capacidad de almacenamiento de hidr´ogeno. La coordenada de reacci´on de diferentesreacciones fue determinada empleando el m´etodo de la banda el´astica (NEB) [3], losm´ınimos locales se determinaron mediante la t´ecnica de gradientes conjugados (CG),empleando c´alculos DFT con polarizaci´on de esp´ın, como se implementan el programaSIESTA [4].[1]T. Yildirim, S. Ciraci, Phys. Rev. Lett. 94 175501 (2005).[2]M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, Phys. Rev. B 76 155415 (2007).[3]G. Henkelman, H. Jonsson, J. Chem. Phys. 113 9901-04 (2000). G. Henkelman, H.Jonsson, J. Chem. Phys. 113 9978-85 (2000).[4]J.M. Soler, E. Artacho, J.D. Gale, A. Garc´ıa, J. Junquera, P. Ordej´on, D. S´anchez-Portal, J. Phys.:Condens Matter 14 2745 (2002).