Las capas de grafeno separadas por pilares de nanotubos de nitruro de boro pueden ser un material adecuado para almacenar combustible de hidrógeno en los automóviles, según los científicos de la Universidad de Rice.
El Departamento de Energía ha establecido puntos de referencia para los materiales de almacenamiento que harían del hidrógeno un combustible práctico para vehículos ligeros. El laboratorio de materiales de Rice Rouzbeh Shahsavari determinó en un nuevo estudio computacional que el pilar nitruro de boro y el grafeno podrían ser candidatos.
El estudio de Shahsavari y Farzaneh Shayeganfar aparece en la revista American Chemical Society Langmuir .
El laboratorio de Shahsavari ya había determinado a través de modelos de computadora cuán resistentes y resistentes serían las estructuras de grafeno de pilares, y luego trabajó nanotubos de nitruro de boro en la mezcla para modelar una arquitectura tridimensional única. Las muestras de nanotubos de nitruro de boro se unieron sin problemas al grafeno se han unidohecho.
Al igual que los pilares en un edificio hacen espacio entre los pisos para las personas, los pilares en grafeno de nitruro de boro dejan espacio para los átomos de hidrógeno. El desafío es hacer que entren y se queden en cantidades suficientes y que salgan a pedido.
En sus últimas simulaciones de dinámica molecular, los investigadores descubrieron que el grafeno pilarizado o el grafeno nitruro de boro pilar ofrecerían una superficie abundante aproximadamente 2.547 metros cuadrados por gramo con buenas propiedades reciclables en condiciones ambientales. Sus modelos mostraron la adición de oxígeno o litio alos materiales los harían aún mejores para unir hidrógeno.
Centraron las simulaciones en cuatro variantes: estructuras con columnas de nitruro de boro o grafeno de nitruro de boro con pilares dopados con oxígeno o litio. A temperatura ambiente y a presión ambiente, el grafeno de nitruro de boro dopado con oxígeno demostró ser el mejor, con un 11,6 por ciento de supeso en hidrógeno su capacidad gravimétrica y aproximadamente 60 gramos por litro su capacidad volumétrica; supera fácilmente a las tecnologías de la competencia como nitruro de boro poroso, estructuras de óxido de metal y nanotubos de carbono.
A una temperatura fría de -321 grados Fahrenheit, el material contenía 14.77 por ciento de su peso en hidrógeno.
El objetivo actual del Departamento de Energía para medios de almacenamiento económico es la capacidad de almacenar más del 5,5 por ciento de su peso y 40 gramos por litro en hidrógeno en condiciones moderadas. Los objetivos finales son el 7,5 por ciento en peso y 70 gramos por litro.
Shahsavari dijo que los átomos de hidrógeno se adsorbían en el grafeno de nitruro de boro con pilares sin dopar, gracias a las débiles fuerzas de van der Waals. Cuando el material se dopaba con oxígeno, los átomos se unían fuertemente con el híbrido y creaban una mejor superficie para el hidrógeno entrante, lo cual dijo Shahsavariprobablemente se entregaría bajo presión y saldría cuando se libere la presión.
"Agregar oxígeno al sustrato nos da una buena unión debido a la naturaleza de las cargas y sus interacciones", dijo. "Se sabe que el oxígeno y el hidrógeno tienen buena afinidad química".
Dijo que la naturaleza polarizada del nitruro de boro donde se une con el grafeno y la movilidad de los electrones del grafeno mismo hacen que el material sea altamente sintonizable para aplicaciones.
"Lo que estamos buscando es el punto óptimo", dijo Shahsavari, describiendo las condiciones ideales como un equilibrio entre el área de superficie y el peso del material, así como las temperaturas y presiones de operación ". Esto solo es práctico a través del modelado computacional, porque podemos probar muchas variaciones muy rápidamente. A los experimentadores les tomaría meses hacer lo que nos lleva solo unos días ".
Dijo que las estructuras deberían ser lo suficientemente robustas para superar fácilmente el requisito del Departamento de Energía de que un tanque de combustible de hidrógeno pueda soportar 1,500 ciclos de carga y descarga.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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