Simulaciones atomísticas de absorción de hidrógeno en nano-membranas de Pd

RAMOS DE DEBIAGGI S.; CRESPO E.A.; BRASCHI F. ; BRINGA E. ; ALÍ M.L.; RUDA M.

Córdoba

Congreso; 5º Congreso Nacional - 4° Congreso Iberoamericano, HIDRÓGENO Y FUENTES SUSTENTABLES DE ENERGÍA - HYFUSEN 2013; 2013

Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable - Comisión Nacional de Energía Atómica

Las membranas de Pd están siendo muy usadas como sensores de hidrógeno y para purificación del gas. En este trabajo analizamos el comportamiento frente a la hidruración de nanofilms de Pd a temperatura ambiente (300K). Para ello llevamos a cabo simulaciones de dinámica molecular (DM) con el programa LAMMPS y de Montecarlo (MC) en el ensamble gran canónico. La interacción entre los átomos de Pd y de H se modeló a través de potenciales de átomo embebido (EAM) desarrollados por Zhou et al. Los nano-films monocristalinos tienen orientación (100) y (111) con espesores de aproximadamente 2 nm, 4 nm y 6 nm. Antes de simular la carga de hidrógeno se calcularon las tensiones por átomo en los films. Resulta predominante el efecto de tensión superficial, siendo los átomos de Pd superficiales los más tensionados mientras que la capa subsuperficial tiene un mínimo de tensión por átomo. El cálculo de las isotermas presión/composición permitió estudiar la hidruración de la muestra; este estudio mostró que el perfil de absorción de H se correlaciona con la distribución de tensiones en el film. Al incrementarse la presión de hidrógeno se observa la formación de una capa sub-superficial de hidruro puesto que el hidrógeno se estabiliza en esa zona de menor tensión por átomo; a mayores presiones de H se observa un plató en la isoterma de absorción que corresponde a la hidruración volumétrica y cuya presión de equilibrio es función del espesor de la membrana. Presentamos además curvas tensión deformación de las nano-membranas para diferentes concentraciones de hidrógeno.