Nanojaulas llenas con hidrógeno
Ingeniería

Nanojaulas llenas con hidrógeno

Así se desprende de los resultados de una investigación realizada por científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), en Estados Unidos.

Usando haces de neutrones como sondas, los especialistas del NIST determinaron dónde se engancha el hidrógeno dentro de la estructura en forma de celosía, compuesta por cúmulos de zinc y oxígeno, de un material hecho a medida, conocido como armazón organometálico, o MOF. El llamado MOF5, es el material a escala nanométrica que han estudiado Taner Yildirim y Michael Hartman, y tiene cuatro tipos de sitios de inserción para el hidrógeno, incluyendo una red tridimensional "sorprendente" de "nanojaulas" que parecen formarse después de que otros puntos se completan con el hidrógeno.

Este hallazgo sugiere que podrían diseñarse los materiales tipo MOF para perfeccionar tanto el almacenamiento como la descarga del hidrógeno en un vehículo que opere bajo condiciones normales. También sugiere que podrían usarse los MOFs como plantillas para interconectar las nanojaulas de hidrógeno, creando materiales con propiedades inusuales, debido a un fenómeno conocido como confinamiento cuántico.

Yildirim y Hartman encontraron que los dos sitios más estables en el andamiaje ofrecen un espacio considerable para almacenar el hidrógeno. Estudios anteriores determinaron que aproximadamente a 200 grados Celsius, el MOF5 podría contener menos del 2 por ciento de su peso en hidrógeno. La nueva investigación del NIST indica sin embargo un amplio margen para la mejora. A muy bajas temperaturas, la captación de hidrógeno se acercó al 10 por ciento del peso del material. El volumen de hidrógeno se almacenó en las cavidades de dimensiones nanométricas dentro de las estructuras semejantes a cajas, de los cúmulos de zinc y oxígeno.

Nanojaulas llenas con hidrógeno
La imagen muestra cómo las moléculas de hidrógeno -los círculos rojo-verdes- se conectan a un MOF. ((Foto: T. Yildirim/NIST))
Las mediciones de la difracción de los neutrones muestran claramente que las moléculas se agrupan en una forma similar al modo en que manzanas o naranjas se apilan en un frutero. Por su parte, las inesperadas nanojaulas añaden al sistema una capacidad "extra", por así decirlo.

Niveles de almacenamiento de hidrógeno del 10 por ciento resultan prometedores, pero estos resultados se logran a temperaturas inusualmente bajas. Yildirim y Hartman esperan entender mejor cómo las moléculas de hidrógeno se adhieren al MOF y, finalmente, quieren producir materiales mejorados que resulten convenientes para las aplicaciones prácticas.
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