Alta adsorción de amoníaco en materiales MFM-300: Dinámica y transferencia de carga en la unión huésped-invitado

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• El amoníaco (NH3) es un transportador de hidrógeno de alta densidad con un potencial energético significativo.
• Los materiales de almacenamiento eficientes y duraderos son cruciales para la aplicación generalizada del amoníaco.
• Las soluciones de almacenamiento existentes tienen limitaciones en cuanto a eficiencia y resistencia a la corrosión.

Objetivo del estudio:

• Investigar las capacidades de adsorción de amoníaco de los nuevos materiales de marco metálico-orgánico (MOF).
• Explorar los mecanismos estructurales y químicos subyacentes a la adsorción y el almacenamiento de amoníaco en los MOF.
• Evaluar la reversibilidad y el ciclo de los sistemas de almacenamiento de amoníaco basados en MOF.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de una serie de estructuras metalorgánicas MFM-300 (M = Fe, V, Cr, In).
• Mediciones de adsorción/desorción del amoníaco a temperaturas criogénicas (273 K) y a presión ambiente (1 bar).
• Técnicas espectroscópicas avanzadas que incluyen difracción de polvo de neutrones in situ, difracción de rayos X monocristalino y espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones.
• La dispersión de neutrones inelástica in situ y el modelado de la teoría funcional de la densidad (DFT) para dilucidar la dinámica de enlace y las interacciones huésped-invitado.

Principales resultados:

• Los materiales MFM-300 ((M) exhibieron altas capacidades de adsorción de amoníaco reversibles, con MFM-300 ((VIV) alcanzando 17,3 mmol g-1.
• Las capacidades se mantuvieron altas durante más de 20 ciclos para el MFM-300 (M = Fe, VIII, Cr), lo que demuestra una excelente reversibilidad.
• Pruebas de transferencia de carga huésped-huésped que involucra el centro de vanadio redox-activo, lo que lleva a la reducción de VIV y la oxidación de amoníaco a hidrazina (N2H4).

Conclusiones:

• La serie MFM-300 representa una clase de MOF robustos con capacidades excepcionales de adsorción y almacenamiento de amoníaco.
• El centro de vanadio redox activo juega un papel clave en la facilitación de la transferencia de carga y la mejora de la absorción de amoníaco.
• Estos hallazgos proporcionan información crítica sobre la adsorción y conversión de amoníaco basado en MOF, allanando el camino para soluciones avanzadas de almacenamiento de energía.