(PhysOrg.com) - Uma videira em nanoescala com uvas de hidrogênio pode algum dia fornecer a safra preferida de combustível do seu carro.

Pesquisadores da Rice University determinaram que uma rede de carbyne decorada com cálcio tem o potencial de armazenar hidrogênio em níveis que facilmente excedem as metas do Departamento de Energia (DOE) para uso como combustível alternativo "verde" para veículos.

A ascensão de estratégias em nanoescala para armazenamento de energia foi dramática nos últimos anos, como evidenciado por laboratórios em todo o mundo, sugerindo várias maneiras de usar nanotubos e fitas como um meio. Mas eles podem não estar pensando pequenos o suficiente, de acordo com nova pesquisa do laboratório do físico teórico Boris Yakobson que foi publicada na semana passada no jornal online Nano Letras . Yakobson é professor da cadeira Karl F. Hasselmann de Engenharia de Rice e professor de ciência dos materiais, engenharia mecânica e química.

Carbyne é uma cadeia de átomos de carbono; é o que você obteria se pudesse puxar um fio de uma fatia de grafeno da mesma forma que puxaria um fio solto de um suéter. "Um bastão de carbono de um átomo é o mais fino que pode ser, muito mais fino que um nanotubo de carbono, "Yakobson disse.

Carbyne é considerado um material exótico, mas experiências recentes mostram que pode ser sintetizado e estabilizado à temperatura ambiente, onde o armazenamento é principalmente de interesse. Isso é importante, Yakobson disse, porque outros materiais em nanoescala, como nanotubos de carbono, o grafeno e até mesmo os fulerenos são eficazes para o armazenamento de hidrogênio apenas em condições muito frias.

É o cálcio que serve como isca e possibilita o armazenamento do carbyne em temperatura ambiente. Formado em uma treliça, Carbyne sozinho poderia teoricamente armazenar cerca de 50 por cento de seu peso em hidrogênio, muito acima da meta de capacidade de 6,5 por cento definida pelo DOE para 2015. Mas a ligação fraca poderia funcionar apenas em temperaturas muito baixas, Yakobson disse.

Não é assim com cálcio adicionado. Ele permite que a rede adsorva hidrogênio com uma energia de ligação favorável para a temperatura ambiente efetiva, armazenamento reversível. Porque os átomos de cálcio não se agrupam, eles podem ser distribuídos ao longo dos fios carbyne como uvas em uma videira e ligar até seis átomos de hidrogênio cada; isso daria à rede uma capacidade potencial de armazenamento de cerca de 8% de seu peso.

Porque um andaime de cadeias de um único átomo seria leve e arejado, haveria mais espaço para o hidrogênio se agregar.

Yakobson e seus colegas sugeriram várias estratégias escalonáveis ​​para armazenamento prático de hidrogênio. Em um que lembra as chamadas armações de metal orgânico recentemente estudadas pelo laboratório de Yakobson, uma rede semelhante a um diamante permitiria que cinco átomos de hidrogênio fossem adsorvidos em cada átomo de cálcio; o número de átomos de carbono em cada fita determinaria a capacidade total.

No outro, eles sugeriram extrair fios de átomos decorados com cálcio do grafeno, que serviria como um quadro para a matriz.

Yakobson disse que é difícil estimar quando uma dessas ou alguma outra realização pode acontecer. "Mas estou otimista. A partir desse conceito teórico, e com base em evidências experimentais de síntese de Carbyne e experiência com arquiteturas de estrutura metálica orgânica, pode levar de dois a três anos para produzir redes Carbyne e, dizer, um a dois anos para ajustar o enriquecimento de cálcio para obter um material com boa capacidade de hidrogênio, "ele disse." Então, em três a cinco anos, pode-se ter uma amostra industrial e, em seguida, aumentar a escala - isto é, com trabalho intenso e um pouco de sorte. "