Dopado con nanopartículas metálicas y adsorción de hidrógeno en materiales bidimensionales

Abstract

La nanopartículas metálicas se usan para aumentar la capacidad de almacenamiento de hidrógeno de materiales nanoporosos de carbono y de materiales laminares. Con esta motivación, en este Trabajo de Fin de Grado se estudiará el dopado de la lámina de boro-grafdiino, un material laminar muy novedoso candidato a almacenar hidrógeno, con uno, dos y seis átomos de paladio. El objetivo último es comprobar la capacidad del sistema completo para adsorber hidrógeno. La metodología de cálculo utilizada para llevar a cabo este estudio es el formalismo de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), basado en la aplicación de la mecánica cuántica a sistemas de muchas partículas. Usando esta teoría se pueden determinar propiedades como la estructura geométrica o la energía mínima del sistema utilizando funcionales de la densidad electrónica. El Capítulo 1 de este TFG está dedicado a enmarcar el estudio realizado dentro del contexto de la energía basada en el hidrógeno y su almacenamiento y a exponer la motivación de dicho estudio. En el Capítulo 2, se centra en la teoría del funcional de la densidad (DFT), que permite calcular con gran precisión la estructura electrónica y las propiedades tanto estructurales como energéticas de estos sistemas. Se explican los fundamentos teóricos en los que se basa con el objetivo de comprender el funcionamiento del código usado en las simulaciones. Se explican los aspectos prácticos y los métodos de interpretación de los resultados. Dichos resultados se exponen en el Capítulo 3 y, nalmente en el Capítulo 4 se destacan las principales conclusiones obtenidas.

Metallic nanoparticles are used to enhance the hydrogen storage capacity of nanoporous carbon-based materials and layered materials. With this motivation, in this project we will study the doping of the borongraphdiyne layer, a novel layered material with potential for hydrogen storage, with one, two and six palladium atoms, a metal which has been proved ffective in hydrogen storage. The ultimate goal is to analyse the hydrogen storage capacity of the whole nal system. The methodology used in order to carry out this study is the Density Functional Theory (DFT), based on the application of quantum mechanics to systems formed by many particles. Applying this theory one can determine properties like the geometric structure or the minimum energy of the system via functionals of the electronic energy. Chapter 1 is dedicated to framing this study in the context of energy based on hydrogen and hydrogen storage and to explain the motivation behind this study. Chapter 2 focuses on the Density Functional Theory (DFT) which allows to calculate the electronic structure and the structural and energetic properties of these systems precisely. The theoretical basis of this theory is explained with the goal of achieving a better understanding of the code used in the simulations. The more practical aspects and the methods used in the analysis of the results obtained are also explained. Such results are presented in Chapter 3 and, nally, in Chapter 4 the principal conclusions reached are highlighted.