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  • Las láminas de grafeno en capas podrían resolver problemas de almacenamiento de hidrógeno

    Un marco de óxido de grafeno (GOF) está formado por capas de grafeno conectadas por "pilares" boro-carboxílicos. Los GOF como este están comenzando a explorarse como un medio de almacenamiento potencial para el hidrógeno y otros gases. Crédito:NIST

    El grafeno, carbono formado en láminas de un solo átomo de espesor, ahora parece ser un material base prometedor para capturar hidrógeno. según una investigación reciente * del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad de Pensilvania. Los hallazgos sugieren que pilas de capas de grafeno podrían almacenar hidrógeno de forma segura para su uso en pilas de combustible y otras aplicaciones.

    El grafeno se ha convertido en una especie de material de celebridades en los últimos años debido a su conductividad, propiedades térmicas y ópticas, lo que podría hacerlo útil en una variedad de sensores y dispositivos semiconductores. El material no almacena bien el hidrógeno en su forma original, según un equipo de científicos que lo estudia en el Centro de Investigación de Neutrones del NIST. Pero si las láminas de grafeno oxidado se apilan unas sobre otras como las cubiertas de un estacionamiento de varios niveles, conectados por moléculas que unen las capas entre sí y mantienen el espacio entre ellas, el marco de óxido de grafeno (GOF) resultante puede acumular hidrógeno en mayores cantidades.

    Inspirado para crear GOF por los marcos organometálicos que también están bajo escrutinio para el almacenamiento de hidrógeno, el equipo recién está comenzando a descubrir las propiedades de las nuevas estructuras. "Nadie más ha creado GOF, a lo mejor de nuestro conocimiento, "dice el teórico del NIST Taner Yildirim." Lo que hemos encontrado hasta ahora, aunque, indica que los GOF pueden contener al menos cien veces más moléculas de hidrógeno que el óxido de grafeno ordinario. La síntesis fácil, el bajo costo y la no toxicidad del grafeno hacen de este material un candidato prometedor para aplicaciones de almacenamiento de gas ".

    Los GOF pueden retener el 1 por ciento de su peso en hidrógeno a una temperatura de 77 grados Kelvin y presión atmosférica ordinaria, aproximadamente comparable al 1,2 por ciento que pueden contener algunas estructuras organometálicas bien estudiadas. Dice Yildirim.

    Otro de los descubrimientos potencialmente útiles del equipo es la relación inusual que exhiben los GOF entre la temperatura y la absorción de hidrógeno. En la mayoría de los materiales de almacenamiento, cuanto menor sea la temperatura, mayor absorción de hidrógeno ocurre normalmente. Sin embargo, el equipo descubrió que los GOF se comportan de manera bastante diferente. Aunque un GOF puede absorber hidrógeno, no toma cantidades significativas por debajo de 50 Kelvin (-223 grados Celsius). Es más, no libera hidrógeno por debajo de esta "temperatura de bloqueo", lo que sugiere que, con más investigación, Los GOF pueden usarse tanto para almacenar hidrógeno como para liberarlo cuando sea necesario, un requisito fundamental en las aplicaciones de pilas de combustible.

    Algunas de las capacidades de los GOF se deben a las propias moléculas de enlace. Las moléculas que utilizó el equipo son todos ácidos benceno-borónicos que interactúan fuertemente con el hidrógeno por derecho propio. Pero al mantener varios angstroms de espacio entre las capas de grafeno, similar a la forma en que los pilares sostienen un techo, también aumentan el área de superficie disponible de cada capa, dándole más puntos para que el hidrógeno se adhiera.

    Según el equipo, Es probable que los GOF funcionen aún mejor una vez que el equipo explore sus parámetros con más detalle. "Vamos a intentar optimizar el rendimiento de los GOF y explorar otras moléculas de enlace también, "dice Jacob Burress, también de NIST. "Queremos explorar la inusual dependencia de la cinética de absorción con la temperatura, así como si podrían ser útiles para capturar gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y toxinas como el amoniaco ".


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