p (Phys.org) —Hidrogênio é o combustível ideal para novos tipos de veículos de célula de combustível, mas um problema é como armazenar hidrogênio. Em sua tese de doutorado, Serhiy Luzan estuda novos tipos de materiais para armazenamento de hidrogênio. Ele também mostra que novos materiais com propriedades interessantes podem ser sintetizados pela reação do hidrogênio com materiais nanoestruturados de carbono. p Os novos motores de carro que funcionam com hidrogênio produzem apenas água como escapamento e são três a quatro vezes mais eficientes do que os motores de combustão interna comuns. Apenas um "pequeno" problema está atrapalhando o desenvolvimento de veículos movidos a hidrogênio:não existe um bom método para armazenar quantidades suficientes de hidrogênio, pois é um gás de baixíssima densidade.

p Serhiy Luzan dedica a primeira parte de sua dissertação aos estudos de armazenamento de hidrogênio em novos e interessantes tipos de materiais:estruturas metal-orgânicas (MOFs). Eles consistem em clusters de metal à base de zinco e cobalto ligados entre si por meio de ligantes orgânicos, e eles são extremamente porosos. Um grama de MOF tem uma superfície de absorção de hidrogênio que é maior do que um campo de futebol! Dezenas de novos materiais do MOF são sintetizados a cada ano, que é altamente promissor para a próxima geração de materiais de armazenamento de hidrogênio.

p Serhiy estudou a absorção de hidrogênio de vários novos MOFs e pesquisou os efeitos de diferentes áreas de superfície, volumes dos poros, e formas de poro nos parâmetros de armazenamento de hidrogênio. MOFs podem armazenar quantidades recordes de hidrogênio em temperaturas muito baixas, mas a capacidade de hidrogênio em temperatura ambiente não é boa o suficiente. Luzan, portanto, estudou novos métodos para aumentar essa capacidade. A adição de catalisadores de metal foi relatada anteriormente para melhorar consideravelmente o armazenamento de hidrogênio.

p "Mas no meu estudo, o efeito da adição de catalisadores metálicos na absorção de hidrogênio em MOFs não foi confirmado, "diz Serhihy Luzan.

p O hidrogênio tem interesse não apenas como combustível, mas também para a modificação química de materiais de carbono nanoestruturados, como nanotubos de carbono, fulerenos, e grafeno. O grafeno é uma única camada de átomos de carbono. Os nanotubos de carbono também consistem em carbono puro, na forma de camadas de grafeno enroladas em um cilindro. Fulereno, C60, consistem em sessenta átomos de carbono dispostos em figuras de cinco ou seis vértices, exatamente como o padrão de uma bola de futebol. Existem materiais de carbono que são mais fortes do que o aço, conduz a corrente melhor do que o cobre, e difundir o calor melhor do que o diamante.

p Na segunda parte da dissertação, Luzan descreve os materiais que criou pela reação do hidrogênio com fulerenos e nanotubos de carbono.

p Luzan estudou a reação entre o fulereno C60 e o hidrogênio em elevadas temperaturas e pressões de hidrogênio, com e sem adição de catalisadores metálicos. A reação resultou na formação de fulerenos hidrogenados, C60Hx. Após tratamento prolongado de hidrogênio, a estrutura do fulereno fragmentou-se e entrou em colapso. Este resultado mostra que é possível quebrar os fulerenos gradativamente em moléculas menores em forma de copo, que são estabilizados por átomos de hidrogênio. Esta é uma estrutura que antes era difícil de conseguir.

p "Com este método, devemos ser capazes de usar os fulerenos como um material fonte relativamente barato para criar novas moléculas que, esperançosamente, reteriam propriedades interessantes do nanomaterial de carbono original, "diz Serhihy Luzan.

p Espera-se que o grafeno hidrogenado (grafano) seja um material ideal para novos eletrônicos baseados em carbono, mas o graphane é difícil de sintetizar por uma reação direta entre o grafeno e o hidrogênio. É muito mais fácil primeiro hidrogenar nanotubos de carbono e depois cortá-los ao longo do eixo do tubo nas chamadas nanofitas, que têm hidrogênio covalentemente ligado à superfície.

p Os experimentos de Luzan mostraram que a reação entre nanotubos de carbono de parede única e hidrogênio é possível se um catalisador adequado for usado, e ele foi capaz de observar que alguns dos nanotubos foram convertidos em nanofitas de grafeno ou grafano.