(Phys.org) —El hidrógeno es el combustible ideal para los nuevos tipos de vehículos de pila de combustible, pero un problema es cómo almacenar hidrógeno. En su tesis doctoral, Serhiy Luzan estudia nuevos tipos de materiales para el almacenamiento de hidrógeno. También muestra que se pueden sintetizar nuevos materiales con propiedades interesantes mediante la reacción de hidrógeno con materiales nanoestructurados de carbono.

Los motores de automóviles nuevos que funcionan con hidrógeno producen solo agua como escape y son de tres a cuatro veces más eficientes que los motores de combustión interna ordinarios. Solo un "pequeño" problema está obstaculizando el desarrollo de vehículos propulsados ​​por hidrógeno:no existe un buen método para almacenar cantidades suficientes de hidrógeno, ya que es un gas de muy baja densidad.

Serhiy Luzan dedica la primera parte de su disertación a los estudios del almacenamiento de hidrógeno en nuevos y emocionantes tipos de materiales:estructuras metalorgánicas (MOF). Consisten en grupos de metales a base de zinc y cobalto unidos entre sí a través de enlazadores orgánicos, y son extremadamente porosos. ¡Un gramo de MOF tiene una superficie que absorbe hidrógeno que es más grande que un campo de fútbol! Cada año se sintetizan docenas de nuevos materiales MOF, lo cual es muy prometedor para la próxima generación de materiales de almacenamiento de hidrógeno.

Serhiy estudió la absorción de hidrógeno de varios MOF nuevos e investigó los efectos de diferentes áreas de superficie, volúmenes de poros, y formas de poros en los parámetros de almacenamiento de hidrógeno. Los MOF pueden almacenar cantidades récord de hidrógeno a temperaturas muy bajas, pero la capacidad de hidrógeno a temperatura ambiente no es suficientemente buena. Por lo tanto, Luzan estudió nuevos métodos para mejorar esta capacidad. Se ha informado previamente que la adición de catalizadores metálicos mejora considerablemente el almacenamiento de hidrógeno.

"Pero en mi estudio, no se confirmó el efecto de la adición de catalizadores metálicos sobre la absorción de hidrógeno en MOF, "dice Serhihy Luzan.

El hidrógeno es de interés no solo como combustible sino también para la modificación química de materiales de carbono nanoestructurados, como los nanotubos de carbono, fullerenos, y grafeno. El grafeno es una capa única de átomos de carbono. Los nanotubos de carbono también constan de carbono puro, en forma de capas de grafeno enrolladas en un cilindro. Fullereno, C60, constan de sesenta átomos de carbono dispuestos en figuras de cinco o seis vértices, como el patrón de una pelota de fútbol. Hay materiales de carbono que son más fuertes que el acero, Conducir la corriente mejor que el cobre. y difunde el calor mejor que el diamante.

En la segunda parte de la disertación, Luzan describe los materiales que creó mediante la reacción del hidrógeno con fullerenos y nanotubos de carbono.

Luzan estudió la reacción entre el fullereno C60 y el hidrógeno a temperaturas y presiones de hidrógeno elevadas, con y sin la adición de catalizadores metálicos. La reacción resultó en la formación de fullerenos hidrogenados, C60Hx. Tras un tratamiento prolongado con hidrógeno, la estructura de fullereno se fragmentó y colapsó. Este resultado muestra que es posible descomponer los fullerenos paso a paso en moléculas más pequeñas en forma de copa, que están estabilizados por átomos de hidrógeno. Esta es una estructura que anteriormente era difícil de lograr.

"Con este método, Deberíamos poder utilizar los fullerenos como un material fuente relativamente económico para crear nuevas moléculas que, con suerte, conservarían propiedades interesantes del nanomaterial de carbono original. "dice Serhihy Luzan.

Se espera que el grafeno hidrogenado (grafano) sea un material ideal para la nueva electrónica basada en carbono, pero el grafano es difícil de sintetizar mediante una reacción directa entre el grafeno y el hidrógeno. Es mucho más fácil primero hidrogenar nanotubos de carbono y luego cortarlos a lo largo del eje del tubo en las llamadas nanotubos. que tienen hidrógeno unido covalentemente a la superficie.

Los experimentos de Luzan demostraron que la reacción entre los nanotubos de carbono de pared simple y el hidrógeno es posible si se utiliza un catalizador adecuado. y pudo observar que algunos de los nanotubos se convirtieron en grafeno o nanocintas de grafano.