Assorbimento di idrogeno alla superficie del diboruro di magnesio studiato con simulazioni di principi primi. Credito:Materiali applicati e interfacce ACS (2022). DOI:10.1021/acsami.1c23524
Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno simulato le reazioni di stoccaggio dell'idrogeno in un materiale promettente e hanno scoperto perché l'assorbimento dell'idrogeno rallenta mentre il materiale assorbe idrogeno, fornendo informazioni che potrebbero essere utilizzate per miglioramenti.
Il miglioramento dello stoccaggio dell'idrogeno nei materiali allo stato solido dipende da una migliore comprensione delle reazioni chimiche multifase che hanno luogo in interfacce complesse. A queste interfacce, il materiale si trasforma da non contenente idrogeno a una fase satura di idrogeno poiché le sue unità molecolari costituenti reagiscono e si legano con l'idrogeno e si riorganizzano strutturalmente. Trasformazioni analoghe governano una varietà di contesti di accumulo di energia chimica ed elettrochimica, dai materiali di stoccaggio dell'idrogeno alle batterie.
Per rivelare i meccanismi sottostanti coinvolti nell'idrogenazione del diboruro di magnesio (MgB2 ), un team di scienziati LLNL ha utilizzato simulazioni di dinamica molecolare. Hanno scoperto che gli ioni di magnesio (Mg 2+ ) guida la polarizzazione elettrica delle unità molecolari e la ridistribuzione della carica critica per la scissione del boro (B) dal MgB originale2 materiale e consentendo il legame sequenziale dell'idrogeno agli atomi B per formare il Mg saturo di idrogeno(BH4 )2 fase. In particolare, vicino Mg 2+ gli ioni polarizzano le unità BHX, consentendo all'atomo di boro centrale caricato positivamente di attrarre e legarsi con gli anioni di idrogeno, che sono caricati negativamente attraverso interazioni con Mg 2+ . La ricerca appare sulla rivista ACS Applied Materials &Interfaces .
L'analisi ha inoltre rivelato una possibile spiegazione per il rallentamento dell'assorbimento di idrogeno in MgB2 come Mg(BH4 )2 si forma, che impedisce la piena idrogenazione senza alte temperature e pressioni negli esperimenti. Boro contenuto nei fogli esagonali di MgB2 è meno stabile e quindi più incline a legare l'idrogeno quando l'ambiente locale è povero di Mg. Tuttavia, quando il materiale si trasforma in Mg(BH4 )2 , le superfici del restante MgB2 il materiale diventa più ricco di Mg, rallentando l'idrogenazione.
"Le nostre simulazioni catturano i percorsi di reazione in MgB2 che portano all'assorbimento dell'idrogeno", ha affermato il fisico e autore dell'LLNL Keith Ray. "Si spera che questa comprensione consentirà ulteriori ricerche per sbloccare una rapida idrogenazione a temperature e pressioni più basse".
Altri autori di LLNL includono ShinYoung Kang, Liwen Wan, Sichi Li, Tae Wook Heo, Jonathan Lee, Alexander Baker e Brandon Wood. + Esplora ulteriormente
