Hidrocarburos aromáticos policíclicos e hidrógeno
El proyecto HPAH (Hydrogen interaction with polycyclic aromatic hydrocarbons – from interstellar catalysis to hydrogen storage) ha demostrado e investigado la actividad catalítica de los PAH en la formación de hidrógeno molecular bajo condiciones interestelares. En el proceso, el equipo de trabajo desarrolló un método para diseñar una apertura de ancho de banda en el grafeno por funcionalización del hidrógeno. Se combinaron técnicas científicas de superficie con cálculos teóricos para alcanzar una comprensión a nivel atómico de la interacción entre el hidrógeno atómico y las moléculas de PAH. El espectroscopio de desorción térmica utilizado en el proyecto sirvió para controlar cómo se adicionan los átomos de H a las moléculas de PAH, formándose especies de PAH superhidrogenados. Los experimentos demostraron que cuando las moléculas de PAH coroneno se exponen a largo plazo a un haz de hidrógeno atómico, los niveles de hidrogenación obtenidos son sorprendentemente altos, y es posible alcanzar el límite superior teórico de un átomo de H extra por átomo de carbono. La formación de PAH con estos altos grados de superhidrogenación repercute significativamente en la formación de hidrógeno molecular interestelar. Es decir, los cálculos demuestran que la formación eficiente de gas hidrógeno debe ocurrir por la combinación de las reacciones de superhidrogenación y abstracción que implican PAH neutros y sus formas superhidrogenadas. Utilizando el isótopo de deuterio de hidrógeno fue posible controlar el intercambio entre los átomos de H iniciales en la molécula de PAH y los átomos de D entrantes provenientes del haz atómico. Las medidas demuestran que ocurren dichas reacciones de intercambio. La observación de las reacciones de intercambio entre H y D representa la primera evidencia indirecta de actividad catalítica de las moléculas de PAH en la formación de hidrógeno molecular. Los experimentos con microscopios de barrido de efecto túnel proporcionaron imágenes de especies superhidrogenadas con resolución submolecular, permitiendo la asignación de sitios de reacción del hidrógeno específicos en la molécula de PAH. Los datos demuestran que los átomos de H reaccionan en muchos sitios diferentes en la molécula. El proyecto utilizó grafeno como sistema modelo para estudiar la interacción del H con sistemas aromáticos policíclicos muy grandes. Estas investigaciones revelaron que el grafeno que soporta el sustrato influye mucho en el proceso de hidrogenación. Las medidas del espectroscopio de fotoemisión ultravioleta demostraron que los nanopatrones de hidrógeno abren un ancho de banda de al menos 450 meV en el grafeno. Por lo tanto, estas investigaciones han conducido al único método disponible actualmente para la apertura de un ancho de banda en grafenos de una sola capa de áreas grandes, lo suficientemente extensas para aplicaciones prácticas.
Palabras clave
Hidrógeno, hidrocarburos aromáticos policíclicos, HPAH, interestelar, catálisis, grafeno
