Almacenamiento de H2 en complejos metálicos

Abstract

RESUMEN: El almacenamiento de hidrógeno en materiales inorgánicos ha tomado importancia en los últimos años debido a que potencialmente pueden almacenar mayores cantidades de H 2 que los materiales carbonosos. El hidrógeno como combustible tiene la ventaja de proporcionar una mayor energía por unidad de masa que los combustibles convencionales y toma mayor importancia a medida que las reservas de los combustibles fósiles disminuyen. Publicaciones recientes muestran que algunos metales de transición tienen la capacidad de enlazar hasta 12 átomos de H, esto hace que su contenido en masa sea suficiente como para cumplir la meta propuesta por el Departamento de Energía de Estados Unidos, la cual es del 6,5% en peso. En el presente estudio computacional utilizando el nivel de teoría MP2 con el conjunto base 6­311g(d,p), se calculó la estabilidad, energía de desorción y características electrónicas de complejos tipo MH 12 , donde M = Ti, V , Zr, Nb, Mo, Hf, Ta o W, al igual que los dímeros formados por ellos. Los resultados muestran que todos los complejos son estables, sus energías de formación son negativas y no presentan frecuencias imaginarias, las energías de desorción de hidrógeno están en el rango de 60 kJ/mol a 120 kJ/mol, presentándose valores menores para los complejos de Ti, Zr y Hf, estos complejos son los que más se acercan al objetivo propuesto. Los dímeros de estos complejos son estables. Para algunos atomos de hidrógeno del complejo se sugiere una disminución en la energía de desorción al incrementarse la distancia de enlace entre éstos y el metal.

ABSTRACT: Hydrogen storage in inorganic materials has become an important research subject since a few years ago. This trend is due to its higher storage capability compared to carbon materials. H 2 is the fuel with the highest energy density per mass unit. It is considered an important alternative to replace fossil fuels whose reserves have diminished lately. Recently, it was reported that some transition metals can bond up to 12 hydrogen atoms. This represents a large mass percentage, near or superior to DOE target (6,0%). In this computational research we used the MP2 theory level and the 6­ 311g(d,p) basis set to calculate the stability, desorption energies and electronic features of MH 12 complexes (where M = Ti, V , Zr, Nb, Mo, Hf, Ta or W) and the corresponding dimers. We found that the complexes are stables, and their formation energies are negative and do not have imaginary frequencies. The H 2 desorption energies are in a range between 60kJ/mol and 120kJ/mol. The Ti, Zr and Hf complexes have the smallest H 2 desorption energies. These complexes are the closest to the DOE target. The dimers are stable and for some H atoms in the complex a reduction in the desorption energy due to an enlargement of the bond length is suggested.