Caratterizzazione del Mg(BH4)2 per immagazzinamento di idrogeno

Abstract Gli idruri metallici e complessi possono essere considerati come nuovi interessanti materiali per l'immagazzinamento dell'idrogeno all'interno di sistemi solidi dalle grosse capacità volumetriche e gravimetriche. Per questo motivo lo sviluppo di sistemi sempre più accurati che consentano di migliorare le temperature e pressioni di esercizio e di caricamento e capacità di stoccaggio, ma che debbono anche sottostare a stringenti normative di sicurezza, bassi costi ed impatto ambientale, ha posto le basi per questo lavoro di tesi, incentrato sullo studio del γ-Mg(BH4)2 proveniente da due diversi fornitori: l'università di Aarhus e Sigma Aldrich. Per questo motivo la prima parte del lavoro si è concentrata sulla caratterizzazione dei due materiali così come ricevuti per individuare eventuali differenze dovute alla diversa reazione di sintesi. Dall'analisi spettroscopica è stata osservata, per entrambi i campioni, la presenza di solvente ( (CH3)2S e altri idrocarburi) derivante della sintesi ( (CH3)2S*BH3 + Mg(nBu)2 → Mg(BH4)2*1/2(CH3)2S → γ-Mg(BH4)2) che non era invece previsti. Dagli spettri ATR registrati abbiamo osservato che nel γ-Mg(BH4)2 Sigma Aldrich è presente una quantità di solvente inferiore rispetto al γ-Mg(BH4)2 Aarhus, e per questo motivo le prove successive sono state eseguite su questo campione. Il punto chiave del nostro lavoro è stato quello di studiare la deidrogenazione del γ-Mg(BH4)2 Sigma Aldrich in diverse condizioni: in vuoto, in idrogeno e in flusso di Argon. Nel caso del trattamento in vuoto e in idrogeno il campione è stato trattato a diverse temperature (150-190-205-255-305°C) e poi caratterizzato ex situ con le tecniche ATR, XRD e Uv-visibile per studiarne i prodotti di reazione e i possibili intermedi BnHX. Si è riscontrato che le diverse condizioni di trattamento portano alla formazione di prodotti di reazione diversi. In particolare dal diffrattogramma XRD delle polveri è stato osservato che nel caso del trattamento in vuoto il prodotto di reazione ottenuto è Mg metallico, mentre nel caso del trattamento in idrogeno si ottiene MgH2. È stato invece piuttosto complesso individuare le specie BnHx, per cercare di capire quali fossero i possibili intermedi di reazione e le condizioni che permettessero la reversibilità, poichè non sono stati sintetizzati gli intermedi ed esistono soltanto strutture di tipo teorico, perciò non è possibile eseguire un raffronto con gli spettri ATR e XRD. Negli spettri ATR infatti le bande molto allargate, dovute all'effetto della temperatura e al fatto che boro e idrogeno siano elementi leggeri, non consentono di mettere in evidenza le specie BnHx che si formano durante la deidrogenazione. Lo studio in flusso di Argon effettuato con la tecnica DRIFT è stato eseguito per studiare in situ il variare delle principali bande di assorbimento dovute agli streching e ai bending B-H e per valutare a quali temperature corrispondessero tali cambiamenti. L'ultima parte del lavoro è stata studiare l'effetto dell'additivo CuF2 sul γ-Mg(BH4)2 Sigma Aldrich attraverso prove in situ per mezzo della tecica DRIFT e valutare l'effetto di opportuni diluenti in determinati rapporti di diluizione per cercare di migliorare la visibilità si alcune bande che in assenza di diluente vanno a saturazione. Dai nostri studi non è stato riscontrato un significativo effetto dell'additivo sulla temperatura di deidrogenazione, e che SiO2 e CaF2 sono buoni diluenti rispettivamente in rapporto 80:20 e 90:10.