Síntesis y Caracterización de Materiales Mesoporosos tipo MCM-41 Modificados con Ni para el Almacenamiento de Hidrogeno por Adsorción

CARRARO PAOLA; VERONICA ELIAS; KARIM SAPAG; GRISELDA EIMER; MARCOS OLIVA

San Luis

Workshop; Síntesis y Caracterización de Materiales Mesoporosos tipo MCM-41 Modificados con Ni para el Almacenamiento de Hidrogeno por Adsorción; 2014

En los últimos años se han dedicado grandes esfuerzos en la búsqueda de nuevos procedimientos de almacenamiento de H2 que resulten sencillos, seguros y económicos. La adsorción de hidrógeno en materiales porosos, es uno de los principales métodos considerados para aplicaciones móviles, que permiten almacenar grandes cantidades a bajas presiones y temperatura ambiente. Por lo tanto, los materiales mesoporosos tipo MCM-41, los cuales poseen una alta área específica (>1000 m2/g), con un arreglo hexagonal de poros unidimensionales cuyos diámetros se encuentran en el rango de 2 a 10 nm, son actualmente estudiados como una alternativa de almacenamiento de hidrógeno. Uno de los objetivos clave es encontrar el metal y la cantidad adecuada para modificar la matriz MCM-41 y evaluar la relación entre las especies metálicas obtenidas y el soporte, que permita mejorar su capacidad de adsorción de hidrógeno. Los tamices moleculares Ni/MCM-41 fueron sintetizados por el método de impregnación húmeda con diferentes grados de cargas de metal. Diversas técnicas incluyendo difracción de rayos X, adsorción-desorción de N2, ICP, adsorción de piridina junto a la adsorción de FT-IR y adsorción de hidrógeno a 77 K fueron empleados para la caracterización de materiales. El grado de la carga de Ni tiene una marcada influencia sobre las propiedades estructurales, químicas, ácidas y de almacenamiento de hidrógeno en las muestras. Todos los materiales exhibieron alta superficie específica, volumen de poro y regularidad estructural típica de materiales mesoporosos tipo MCM-41. Sin embargo, una ligera disminución de estos valores se observa al aumentar la carga de Ni. Se evidenció que la presencia de clusters y/o pequeñas partículas de óxidos metálicos finamente dispersos dentro de los canales, así como grandes partículas de óxido en la superficie externa de los silicatos podrían afectar a la estructura de poros provocando el comportamiento observado. Por otra parte, la presencia de especies de Ni aisladas mononucleares, probablemente interactúan con el oxígeno de la matriz a través de la coordinación con los grupos SiOH. Estas especies, altamente dispersas en la estructura, podrían ser responsables de la acidez de Lewis que presentan nuestras muestras. Mientras tanto, un efecto positivo sobre la capacidad de almacenamiento de hidrógeno, observado para las muestras con baja carga de Ni, podría ser también asociado a la presencia de estas especies altamente dispersas de Ni, que podría dar lugar a sitos favorables de hidrógeno. De acuerdo con la literatura, una transferencia de carga desde el metal a la superficie del soporte y una interacción dipolo inducido podría estar ocurriendo para mantener unidos los átomos de Ni y las moléculas H2. Por lo tanto, en nuestras muestras, las especies aisladas de Ni con carácter ácido de Lewis (que se infiere de la adsorción de piridina junto a FT-IR) podrían polarizar las moléculas de H2 en la superficie, sin transferencia de carga del H2 a los átomos de Ni. Consecuentemente, estas especies ácidas de Ni altamente dispersas podrían interactuar con el H2 a 77 K a través de la formación de aductos Ni+2 --- H2, aumentando la capacidad de almacenamiento de hidrógeno de los materiales MCM-41.