(PhysOrg.com) - Una vid a nanoescala con uvas de hidrógeno podría algún día proporcionar la cosecha de combustible preferida de su automóvil.
Los investigadores de la Universidad de Rice han determinado que una red de carbino decorado con calcio tiene el potencial de almacenar hidrógeno a niveles que fácilmente superan los objetivos del Departamento de Energía (DOE) para su uso como combustible alternativo "verde" para vehículos.
El auge de las estrategias a nanoescala para el almacenamiento de energía ha sido espectacular en los últimos años, como lo demuestran los laboratorios de todo el mundo que sugieren varias formas de usar nanotubos y cintas como medio. Pero es posible que no estén pensando lo suficientemente pequeño, según una nueva investigación del laboratorio del físico teórico Boris Yakobson que se publicó la semana pasada en la revista en línea Nano letras . Yakobson es cátedra Karl F. Hasselmann en Ingeniería de Rice y profesor de ciencia de materiales e ingeniería mecánica y de química.
Carbyne es una cadena de átomos de carbono; es lo que obtendrías si pudieras tirar de una cuerda de una rodaja de grafeno de la misma manera que tiras de un hilo suelto de un suéter. "Una barra de carbono de un átomo es lo más delgada que puede llegar a ser, mucho más delgado que un nanotubo de carbono, "Dijo Yakobson.
Carbyne se considera un material exótico, pero experimentos recientes muestran que se puede sintetizar y estabilizar a temperatura ambiente, donde el almacenamiento es principalmente de interés. Eso es importante, Yakobson dijo:porque otros materiales a nanoescala como los nanotubos de carbono, el grafeno e incluso las buckybolas son eficaces para el almacenamiento de hidrógeno solo en condiciones demasiado frías.
Es el calcio el que sirve como cebo y hace posible el almacenamiento del carbino a temperatura ambiente. Formado en una celosía, el carbino solo podría, teóricamente, almacenar alrededor del 50 por ciento de su peso en hidrógeno, muy por encima del objetivo de capacidad del 6.5 por ciento establecido por el DOE para 2015. Pero la unión débil podría funcionar solo a temperaturas muy bajas, Dijo Yakobson.
No es así con calcio agregado. Permite que la red adsorba hidrógeno con una energía de enlace favorable para una temperatura ambiente eficaz, almacenaje reversible. Debido a que los átomos de calcio no se agrupan, pueden distribuirse a lo largo de las hebras de carbyne como uvas en una vid y unir hasta seis átomos de hidrógeno cada una; esto le daría a la red una capacidad de almacenamiento potencial de alrededor del 8 por ciento de su peso.
Debido a que un andamio de cadenas de un solo átomo sería ligero y aireado, habría más espacio para que se agregue el hidrógeno.
Yakobson y sus colegas sugirieron varias estrategias escalables para el almacenamiento práctico de hidrógeno. En uno que se asemeja a los llamados marcos orgánicos metálicos estudiados recientemente por el laboratorio de Yakobson, una red en forma de diamante permitiría adsorber cinco átomos de hidrógeno en cada átomo de calcio; el número de átomos de carbono en cada hebra determinaría la capacidad total.
En el otro, sugirieron extraer hebras de átomos decoradas con calcio del grafeno, que serviría como marco para la matriz.
Yakobson dijo que es difícil estimar cuándo podría ocurrir cualquiera de estos u otros descubrimientos. "Pero soy optimista. A partir de este concepto teórico, y basado en evidencia experimental de síntesis de carbeno y experiencia con arquitecturas de armazón orgánico metálico, puede llevar de dos a tres años producir redes de carbeno y, decir, de uno a dos años para ajustar el enriquecimiento de calcio para obtener un material con buena capacidad de hidrógeno, ", dijo." Así que en tres a cinco años, uno puede tener una muestra industrial y luego pasar a escalar, es decir, con trabajo intenso y algo de suerte ".
