Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Northwestern ha diseñado y sintetizado nuevos materiales con una porosidad ultra alta y un área de superficie para el almacenamiento de hidrógeno y metano para vehículos que funcionan con celdas de combustible. Estos gases son alternativas atractivas de energía limpia a los combustibles fósiles que producen dióxido de carbono.
Los materiales de diseño, un tipo de estructura organometálica MOF, pueden almacenar significativamente más hidrógeno y metano que los materiales adsorbentes convencionales a presiones mucho más seguras y a costos mucho más bajos.
"Hemos desarrollado un mejor método de almacenamiento a bordo para el hidrógeno y el gas metano para los vehículos de energía limpia de próxima generación", dijo Omar K. Farha, quien dirigió la investigación. "Para hacer esto, utilizamos principios químicos para diseñar materiales porososcon una disposición atómica precisa, logrando así una porosidad ultra alta ".
Los adsorbentes son sólidos porosos que unen moléculas líquidas o gaseosas a su superficie. Gracias a sus poros nanoscópicos, una muestra de un gramo del material del Noroeste con un volumen de seis M y M tiene un área de superficie que cubriría 1.3 campos de fútbol.
Farha dijo que los nuevos materiales también podrían ser un gran avance para la industria del almacenamiento de gas en general, porque muchas industrias y aplicaciones requieren el uso de gases comprimidos como oxígeno, hidrógeno, metano y otros.
Farha es profesor asociado de química en el Weinberg College of Arts and Sciences. También es miembro del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern.
El estudio, que combina experimento y simulación molecular, será publicado el 17 de abril por la revista ciencia .
Farha es el autor principal y correspondiente. Zhijie Chen, un becario postdoctoral en el grupo de Farha, es coautor principal. Penghao Li, un becario postdoctoral en el laboratorio de Sir Fraser Stoddart, Profesor del Consejo de Administración de Química en Northwestern, tambiénes coprimer autor. Stoddart es autor del artículo.
Los MOF ultraporosos, llamados NU-1501, están construidos a partir de moléculas orgánicas e iones metálicos o grupos que se autoensamblan para formar marcos porosos multidimensionales y altamente cristalinos. Para representar la estructura de un MOF, Farha dijo que visualice un conjunto deTinkertoys en el que los iones metálicos o grupos son los nodos circulares o cuadrados y las moléculas orgánicas son las barras que mantienen unidos los nodos.
Los vehículos impulsados por hidrógeno y metano actualmente requieren compresión de alta presión para funcionar. La presión de un tanque de hidrógeno es 300 veces mayor que la presión en los neumáticos de los automóviles. Debido a la baja densidad del hidrógeno, es costoso lograr esta presión, ytambién puede ser inseguro porque el gas es altamente inflamable.
El desarrollo de nuevos materiales adsorbentes que puedan almacenar hidrógeno y gas metano a bordo de vehículos a presiones mucho más bajas puede ayudar a los científicos e ingenieros a alcanzar los objetivos del Departamento de Energía de EE. UU. Para desarrollar la próxima generación de automóviles de energía limpia.
Para cumplir con estos objetivos, es necesario optimizar tanto el tamaño como el peso del tanque de combustible a bordo. Los materiales altamente porosos en este estudio equilibran las capacidades de entrega volumétrica tamaño y gravimétrica masa de hidrógeno y metano, lo que lleva a los investigadoresun paso más cerca de alcanzar estos objetivos
"Podemos almacenar enormes cantidades de hidrógeno y metano dentro de los poros de los MOF y entregarlos al motor del vehículo a presiones más bajas que las necesarias para los vehículos con celdas de combustible actuales", dijo Farha.
Los investigadores del Noroeste concibieron la idea de sus MOF y, en colaboración con los modeladores computacionales de la Escuela de Minas de Colorado, confirmaron que esta clase de materiales es muy intrigante. Farha y su equipo diseñaron, sintetizaron y caracterizaron los materiales. Tambiéncolaboró con científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST para realizar experimentos de sorción de gases a alta presión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Megan Fellman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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