Clústeres metálicos como almacenadores de hidrógeno : transformación isoeléctrica de los sistemas EnAl4-nH7+n- (E=Be, Mg, Ca, Sr y Ba; n=1-4)

Abstract

RESUMEN: En este trabajo de investigación se propone el estudio teórico de nuevos hidruros metálicos diseñados o generados a través de transformaciones o modificaciones estratégicas de una especie altamente estable; específicamente para este trabajo fue el clúster atómico Al4H7- reportada por Castleman y colaboradores. Los diferentes cúmulos atómicos estudiados en este trabajo fueron diseñados a partir de reemplazos sucesivos de un átomo de aluminio por una unidad E-H, donde E corresponde a Be, Mg, Ca, Sr o Ba; manteniendo los 20 electrones de valencia (transformación isoelectrónica). Las búsquedas sobre las superficies de energía potencial (SEP) para cada uno de los sistemas propuestos: EAl3H8-, E2Al2H9-, E3AlH10- y E4H11-, mostraron que, excepto para el sistema E4H11-, las conformaciones más estables poseen una estrecha relación estructural con el sistema de partida, el clúster Al4H7-, manifestando así la alta estabilidad de los sistemas propuestos. En el caso de los reemplazos de los cuatro átomos de aluminio por las cuatro unidades E-H, las series E4H11-, los sistemas más estables poseen una forma fragmentada E4H9- + H2, mostrando así que estos clústeres han alcanzado su grado máximo de saturación de hidrógeno. El estudio de algunos descriptores electrónicos de estabilidad como la afinidad electrónica, potencial de ionización y el gap HOMO-LUMO, sugieren que las series EAl3H8-, E2Al2H9- y E3AlH10- (con E = Be, Mg) deberían de ser los sistemas de mayor estabilidad. El estudio del enlace químico muestra que la gran capacidad de los clústeres dopados con berilio y magnesio para estabilizar átomos de hidrógeno se debe al incremento de los enlaces no clásicos E-H-Al. Finalmente, uno de los objetivos y retos del estudio teórico de clústeres atómicos es diseñar y proponer estructuras estables que puedan ser usadas en un futuro como unidades ensamble para formar sistemas en tres dimensiones. Con base a esto, se realizaron las exploraciones sobre las SEP para las especies neutras NaE3AlH10, con E = Be, Mg. Las estructuras de mínima energía encontradas en estos análisis sustentan el potencial uso de estas especies como bloques de construcción E3AlH10- (con E = Be, Mg).