Hidrogênio (H₂ ) é atualmente discutido como um portador de energia ideal de energias renováveis. O hidrogênio tem a maior densidade de energia gravimétrica de todos os combustíveis químicos (141 MJ/kg), que é três vezes maior que a gasolina (46 MJ/kg). No entanto, sua baixa densidade volumétrica restringe seu uso generalizado em aplicações de transporte, pois as opções atuais de armazenamento exigem muito espaço.
À temperatura ambiente, o hidrogênio é um gás e um quilograma de hidrogênio ocupa um volume de 12.000 litros (12 metros cúbicos). Nos veículos com células de combustível, o hidrogênio é armazenado sob uma pressão muito alta de 700 vezes a pressão atmosférica, o que reduz o volume para 25 litros por quilograma de H₂ . O hidrogênio líquido mostra uma densidade mais alta, resultando em 14 litros por quilograma, mas requer temperaturas extremamente baixas, pois o ponto de ebulição do hidrogênio é de menos 253 ° C.

Agora, uma equipe de cientistas do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, da Technische Universität Dresden, da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e do Oak Ridge National Laboratory demonstrou que o hidrogênio se condensa em uma superfície a uma temperatura muito baixa perto do H ₂ ponto de ebulição, formando uma monocamada superdensa que excede a densidade do hidrogênio líquido por um fator de quase três, o que reduz o volume para apenas 5 litros por quilograma H₂ .

O resultado surpreendente foi que o dobro de H₂ moléculas do que os átomos do gás nobre argônio cobriam a superfície, embora ambos tenham quase o mesmo tamanho. Para dobrar o número de moléculas por área, H₂ moléculas se apertam juntas, formando uma camada superdensa.

O estudo de R. Balderas-Xicohténcatl et al. envolveu experimentos de crioadsorção de alta resolução em sílica mesoporosa altamente ordenada exibindo poros e características de superfície bem definidas para determinar o número de moléculas condensadas na superfície do material.

O espalhamento inelástico de nêutrons é uma ferramenta ideal para acompanhar a formação dessa camada de hidrogênio bidimensional. Pela primeira vez, a existência desse hidrogênio superdenso foi confirmada in situ. Essa observação direta só foi possível usando o espectrômetro vibracional de nêutrons de alta resolução VISION, que apresenta uma taxa de contagem inelástica mais de 100 vezes maior do que qualquer espectrômetro similar disponível.

Estudos teóricos confirmam as observações experimentais da densidade de hidrogênio excepcionalmente alta na camada adsorvida. As forças atrativas na superfície foram mais fortes do que a repulsão entre duas moléculas de hidrogênio, resultando em um empacotamento de hidrogênio superdenso na superfície da sílica mesoporosa. A densidade super alta é consequência da alta compressibilidade do hidrogênio, que não possui elétrons no núcleo.

A formação da camada de hidrogênio superdensa em baixas temperaturas próximas ao ponto de ebulição é de interesse fundamental. Deve ser considerado para análise quantitativa de H₂ isotermas de adsorção a 20 K. Também pode abrir novas possibilidades para aumentar a capacidade volumétrica de sistemas de armazenamento de hidrogênio criogênico para muitas aplicações em uma economia de hidrogênio vindoura.

A pesquisa foi publicada em Nature Chemistry . + Explorar mais

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