Almacenamiento de hidrógeno tipo Kubas en polímeros V(III) utilizando ligandos puente tri- y tetradentados

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Química Inorgánica La química inorgánica es la química inorgánica.
• Química Física es la química física.

Sus antecedentes:

• El desarrollo de materiales avanzados para el almacenamiento eficiente de hidrógeno es crucial para las tecnologías de energía limpia.
• Los sitios de metales de transición de baja valencia son prometedores para la unión de Kubas, facilitando la adsorción reversible de hidrógeno.
• Estudios anteriores exploraron el almacenamiento de hidrógeno en varios materiales, pero la evidencia directa de la unión de Kubas en sólidos extendidos faltaba.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar nuevos polímeros unidimensionales de vanadio (III) utilizando varios enlaces de 2 carbono.
• Investigar las capacidades de almacenamiento de hidrógeno de estos polímeros, centrándose en las interacciones de unión de Kubas.
• Proporcionar evidencia espectroscópica para el enlace de Kubas en un material marco de estado sólido.

Principales métodos:

• Síntesis de polímeros de vanadio (III) utilizando trismesitil vanadio (III) ·THF y enlaces orgánicos (ácido oxálico, oxamida, ácido glicólico, glicolámida).
• Caracterización mediante difracción de rayos X en polvo (PXRD), adsorción de nitrógeno (BET), espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), infrarrojo (IR) y espectroscopia de Raman, análisis termogravimétrico y análisis elemental.
• Mediciones de adsorción/desorción de hidrógeno a temperatura criogénica y ambiente, y estudios espectroscópicos in situ con H{\displaystyle H} 2 y D{\displaystyle D} 2 .

Principales resultados:

• El polímero de vanadio sintetizado con oxamida exhibió la mayor capacidad de adsorción de hidrógeno (3,49% de peso a 77 K y 85 bar).
• Se observó una adsorción significativa de hidrógeno (0,87 wt % a 85 bar) a temperatura ambiente, con una alta entalpía de adsorción (17,9 kJ/mol H(2)).
• La evidencia espectroscópica (Raman e IR) confirmó la unión de Kubas de H(2) / D(2) a los sitios de marco de vanadio y el intercambio de H/D con hidruro de vanadio.

Conclusiones:

• Los polímeros de vanadio sintetizados almacenan efectivamente hidrógeno a través de la unión de Kubas, manteniendo el rendimiento a temperatura ambiente.
• El polímero ligado a la oxamida demuestra una excepcional capacidad de almacenamiento de hidrógeno a pesar de una baja superficie.
• Este estudio proporciona la primera evidencia espectroscópica directa de la unión de Kubas en un marco metálico-orgánico, validando su importancia para el almacenamiento de hidrógeno.