Camadas folhas de grafeno pode solucionar problemas de armazenamento de hidrogênio

Grafeno de carbono formados em folhas de um único átomo de espessura, agora parece ser um material de base promissora para a captura de hidrogênio, de acordo com pesquisas recentes * ao Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade da Pensilvânia. As descobertas sugerem pilhas de camadas de grafeno poderia armazenar o hidrogênio de forma segura para uso em células a combustível e outras aplicações.

Um quadro de óxido de grafeno (GOF), formado de camadas de grafeno ligadas por boro-carboxílico "pilares". GOFs como este estão apenas começando a ser explorado como um meio de armazenamento potencial para o hidrogênio e outros gases. Crédito: NIST

Grafeno tornou-se algo de um material de celebridades nos últimos anos devido ao seu condutor, propriedades térmicas e ópticas, o que poderia torná-la útil em uma variedade de sensores e dispositivos semicondutores. O material não armazenar o hidrogênio bem na sua forma original, de acordo com uma equipe de cientistas estudá-la no centro do NIST para Pesquisa de Nêutrons. Mas se folhas de grafeno oxidado são empilhados uns sobre os outros, como o convés de um estacionamento de vários níveis, ligados por moléculas que tanto o link camadas entre si e manter o espaço entre eles, o quadro resultante de óxido de grafeno (GOF) pode acumular hidrogênio em maior quantidades.

Inspirou para criar GOFs pelos frameworks metal-orgânicos que são igualmente objecto de análise para o armazenamento de hidrogênio, a equipe está apenas começando a descobrir as propriedades das novas estruturas ". "Ninguém jamais fez GOFs, com o melhor de nosso conhecimento", diz o teórico da NIST Taner Yildirim. "O que temos encontrado até agora, porém, indica GOFs pode conter moléculas de hidrogênio, pelo menos, cem vezes mais do que o óxido de grafeno comum faz. A síntese fácil, baixo custo e não-toxicidade de grafeno tornam esse material um candidato promissor para aplicações de armazenamento de gás. "

O GOFs pode reter um por cento do seu peso em hidrogênio a uma temperatura de 77 graus Kelvin e pressão atmosférica normal, aproximadamente comparável à de 1,2 por cento que alguns frameworks bem estudado metal-orgânica pode conter, Yildirim diz.

Outra das descobertas da equipe potencialmente úteis é a relação incomum que GOFs exibem entre temperatura e absorção de hidrogênio. Na maioria dos materiais de armazenamento, menor a temperatura, a absorção mais hidrogênio ocorre normalmente. No entanto, a equipe descobriu que GOFs se comportam de forma bastante diferente. Embora um GOF pode absorver hidrogênio, ele não leva em quantidades significativas em menos de 50 Kelvin (-223 graus Celsius). Além disso, não libera qualquer hidrogênio abaixo deste "temperatura de bloqueio", sugerindo que, com novas pesquisas, GOFs pode ser usado tanto para armazenar o hidrogênio e para liberá-lo quando for necessário, um requisito fundamental em aplicações de células de combustível.

Algumas das capacidades do GOFs "são devidas às moléculas que ligam-se. As moléculas são a equipe usou todos os ácidos benzeno borónico que interagem fortemente com o hidrogênio em seu próprio direito. Mas, mantendo angstroms vários de espaço entre as camadas de grafeno, semelhante à maneira como pilares sustentam um teto-se também aumentar a área de superfície disponível de cada camada, dando-lhe mais pontos para o hidrogênio sobre a trava.

Segundo a equipe, GOFs provavelmente vai desempenhar ainda melhor uma vez que a equipe explora seus parâmetros em mais detalhes. "Nós estamos indo para tentar otimizar o desempenho do GOFs e explorar outras moléculas que ligam bem", diz Jacob Burress, também do NIST. "Queremos explorar a dependência da temperatura incomum de cinética de absorção, bem como se eles podem ser úteis para a captura de gases de efeito estufa como o dióxido de carbono e toxinas como amônia."

A pesquisa é financiada em parte pelo Departamento de Energia.

* J. Burress, J. Simmons, J. Ford T. e Yildirim. "Gás propriedades de adsorção de grafeno-óxido-estruturas e nanoporous polímeros benzeno borónico ácido." A ser apresentado na reunião de Março do American Physical Society (APS) em Portland, Oregon, 18 de março de 2010. Um resumo está disponível em http://meetings.aps.org/Meeting/MAR10/Event/122133

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit