Estudio computacional de fragmentos de metales de transición soportados por sílice para el almacenamiento de...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Química computacional es la química computacional.
• Química Física es la química física.

Sus antecedentes:

• Los materiales de sílice mesoporosa injertados con metales de transición se investigan para la absorción de hidrógeno.
• Comprender la interacción entre los centros de hidrógeno y metal es crucial para optimizar la capacidad de almacenamiento.
• Experimentos anteriores mostraron tendencias inusuales de aumento de la entalpía con el aumento de la cobertura de la superficie de hidrógeno.

Objetivo del estudio:

• Para verificar el papel de la interacción de Kubas en las sílicas mesoporosas injertadas con metales de transición.
• Para racionalizar las tendencias de aumento de entalpía observadas con la cobertura de la superficie por hidrógeno.
• Para modelar computacionalmente la interacción del hidrógeno con los centros de titanio en sílice mesoporosa.

Principales métodos:

• Cálculos químicos cuánticos utilizando la teoría funcional de la densidad corregida por gradiente.
• Modelado molecular de centros de titanio en sílice mesoporo con ligandos auxiliares de bencilo.
• Extensión de los estudios a los sistemas de vanadio y cromo con ligandos auxiliares de hidruro.

Principales resultados:

• La interacción entre el titanio y las moléculas de H2 se confirma como sinérgica, tipo Kubas.
• Un máximo de cuatro moléculas de H2 pueden unirse a cada centro de titanio.
• La entalpía de adsorción de hidrógeno aumenta con el número de moléculas de H2 adsorbidas, de acuerdo con los experimentos.
• La interacción Ti-H2 es más fuerte con ligandos auxiliares pobres del receptor π y un mínimo obstáculo estérico.
• Se encontró una correlación entre las energías orbitales moleculares de frontera y la fuerza de interacción M-H2 para los sistemas de vanadio y cromo con ligandos hidruro.

Conclusiones:

• La interacción de Kubas juega un papel importante en la absorción de hidrógeno en estos materiales.
• El aumento observado en la entalpía de adsorción con la cobertura superficial se explica por la naturaleza de la interacción metal-hidrógeno.
• Aunque prometedores, los fragmentos organometálicos con ligandos hidruro pueden no ser ideales para el almacenamiento práctico de hidrógeno debido a las altas entalpías y baja afinidad de ciertos metales como el Cr (III) para el hidrógeno.