Simulaciones de la adsorción y disociación del agua en catalizadores de clúster único de cobalto soportados en materiales laminares

Abstract

El hidrógeno está cobrando un papel cada vez más relevante como una alternativa de bajo impacto medioambiental para almacenar y transportar energía en forma de combustible. La forma menos contaminante de producir H2 es mediante la disociación del agua, sin embargo, el ritmo y la eficiencia de la reacción aún deben ser mejorados para su aplicación a gran escala. Se están investigando metales de transición como posibles catalizadores para este proceso y en este trabajo se estudia la estabilidad de la adsorción de moléculas de agua por nanopartículas de Co6 soportadas en láminas de Boro-grafdiíno mediante métodos numéricos basados en la Teoría del Funcional de la Densidad. Se ha encontrado que el agua puede adsorberse sobre cualquiera de los átomos de Co que forman el agregado, y que este puede adsorber dos moléculas simultáneamente, cantidad necesaria para la producción de H2 y O2. Para llevar a cabo este estudio han sido necesarias técnicas de Física Computacional, conceptos de Mecánica Cuántica, Física Atómica y Física del Estado Sólido, y se han comparado algunos resultados con los obtenidos experimentalmente

Hydrogen is taking an increasingly relevant role as a low-impact environmental alternative to energy transport and storage as fuel. The least contaminant way to produce H2 is water splitting, but the reaction’s efficiency and rates are yet to be improved for its broad-scale application. Transition metals are being researched as possible catalysts for this reaction, and this work focuses on the water adsorption capabilities by Co6 nanoparticles supported on Boron-graphdiyne sheets via numerical methods based on the Density Functional Theory (DFT). Water has been found able to bind any off the six Co atoms of the cluster, which has proved being able to adsorb two water molecules simultaneously, number required to produce H2 and O2. To develop this research Computational Physics techniques, Quantum Mechanics, Atomic Physics and Solid-State Physics concepts have been crucial, and results have been compared with those obtained experimentally in other Thermodynamics articles