Estudio Teórico Cuanto Mecánico de Cristales Formados por Nanoclusters de Nitruro de Boro [BiNi, i = 12]

Abstract

Although it has been predicted that boron nitride clusters (i.e., BiNi, i = 12-24) are capable of forming stable periodic structures, little is known about the electronic and vibrational properties of these solids. In this work, a quantum mechanical study of the B12N12 system using periodic models is presented to theoretically characterize this material and determine its potential applications such as the ability to absorb guest molecules such as molecular hydrogen. All the calculations were performed with the program CRYSTAL09 using the B3LYP (HF-DFT hybrid functional) and a localized Gaussian-type basis set of different flexibility. Electrostatic potential maps of different planes of the B12N12 system showed that the crystalline structure has sites capable of hosting molecular species due to their low electron density. Moreover, the computed vibrational frequencies allowed the identification of well-defined zones of the IR-spectrum of this solid. Keywords. B12N12, H2 storage, boron nitride clusters, periodic structures ResumenAunque se ha sugerido que los clusters de nitruro de boro (i.e., BiNi, i = 12-24) son capaces de agregarse y formar estructuras periódicas estables, se conoce poco sobre las propiedades electrónicas y vibracionales de estos sólidos. En este trabajo, un estudio cuanto mecánico del sistema B12N12 es presentado utilizando modelos periódicos para caracterizar teórica-mente este material y determinar sus posibles aplicaciones tales como la capacidad para adsorber moléculas huéspedes, en particular hidrógeno molecular. Todos los cálculos se realizaron mediante el programa CRYSTAL09 usando el funcional híbrido B3LYP (HF-DFT) y funciones base localizadas de tipo Gaussiano de diferente flexibilidad. Mapas de potencial electrostático de diferentes planos del sistema B12N12 mostraron que la estructura cristalina tiene sitios capaces de alojar especies moleculares debido a su baja densidad electrónica. Las frecuencias vibracionales calculadas permitieron la identificación de zonas bien definidas del espectro IR de este sólido. Además se realizó un estudio de almacenamiento de moléculas huésped en las superficies del cristal en planos seleccionados.Palabras Clave. B12N12, almacenamiento de H2, clusters de nitruro de boro, estructuras periódicas IntroducciónAunque actualmente existe un debate mundial con respecto a los factores que causan el denominado calentamiento global [1], existen varios estudios [2-5] en los que se ha concluido que el uso de combustibles fósiles para la producción de energía es la razón principal para que se de este fenómeno climático al que nos enfrentamos en la actualidad. Desde el punto de vista ambiental este hecho es sumamente preocupante especialmente porque la demanda energética mundial se encuentra suplida casi en su totalidad justamente por el uso de petróleo, carbón y gas natural [6]. Adicional al aspecto ambiental, se debe considerar que la dependencia extrema que la humanidad tiene en los combustibles fósiles es perjudicial también desde el punto de vista econ...