Simulación de la adsorción de hidrógeno en catalizadores de vanadio de clúster único soportados en materiales laminares

Abstract

El desarrollo de materiales capaces de almacenar hidrógeno es un área con grandes aplicaciones al mundo de la automoción. Recientemente se ha conseguido la síntesis de materiales laminares basados en el carbono, que se espera que presenten una buena capacidad para el almacenamiento de hidrógeno al doparse con clústeres (agregados atómicos) de metales de transición. A lo largo de este Trabajo de Fin de Grado se recoge el estudio realizado mediante simulaciones computacionales, de la adsorción de una y dos moléculas de hidrógeno en Grafdiino (GDY), un material bidimensional de carbono derivado del grafeno, dopado con clústeres de V6. En este estudio se ha investigado cómo se adsorbe el clúster sobre el GDY para dos niveles de dopado. Posteriormente se ha estudiado como afecta la presencia de este metal dopante a la capacidad del GDY para la adsorción de una y dos moléculas de hidrógeno, tanto en forma molecular como disociada. Las simulaciones se han realizado con el programa QUANTUM ESPRESSO, que ha permitido analizar la densidad de estados, electrónica y de espín para describir las propiedades del sistema, utilizando técnicas de la Teoría del Funcional de la densidad (DFT). Para el desarrollo de este trabajo se han utilizado los conocimientos impartidos en Física Atómica, Mecánica Cuántica, Física del Estado Sólido y Física Computacional.

The development of new materials capable of hydrogen storage is an area of science with many uses in the automotive industry. Recently, the sintetization of carbon based laminar materials has been achieved. These laminar materials are expected to show good hydrogen adsorption capabilities when doped with transition metal clusters (atomic aggregates). This End of Degree Project recounts the study performed, with computational simulations, on the adsorption of one and two hydrogen molecules on V6 doped Graphdyne (GDY), a carbon based bidimensional material derived from graphene, under two different doping levels. The study focuses on how the presence of this metal dopant affects the hydrogen adsoption capabilities, in molecular and dissociated form, of GDY. The simulations were carried out with QUANTUM ESPRESSO, a program that allowed the analysis of the density of states, electronic density and spin density to describe the system’s properties, using techniques of the Density Funtional Theory (DFT). This project has necessitated the use of the knowledge imparted in Atomic Physics, Quantum Mechanics, Solid State Physics and Computational Physics.