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Camadas folhas de grafeno pode solucionar problemas de armazenamento de hidrogênio

Published on March 16, 2010 at 7:09 PM

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

Last Update: 9. October 2011 05:11

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