Armazenamento de Hidrogênio em um Novo Alótropo de Nitreto de Boro Ortorrômbico 2D: Insights da Teoria do Funcional Densitário

O hidrogênio é um transportador de energia limpo e renovável, mas seu armazenamento reversível em condições próximas ao ambiente continua sendo um grande desafio. Aqui, a teoria do funcional densitário (DFT) combinada com a dinâmica molecular ab initio (AIMD) é empregada para avaliar o monolayer de diboron dinitride (o-B2N2) ortorrômbico 2D, em formas puras e funcionalizadas com Li, como um meio de armazenamento de hidrogênio. Na superfície pura, H2 fisissorve com energias de ligação de -0,158 a -0,174 eV. Os átomos de Li se ancoram fortemente nos locais ocos hexagonais (Ebind de -0,979 a -1,321 eV, mais forte no local H1 rico em B), doam 0,65–0,84 |e| ao substrato e tornam o monolayer semicondutor em metálico. Uma energia de formação de cluster positiva (+0,171 eV por par de Li) e uma simulação AIMD de 5 ps a 400 K confirmam que os adátomos de Li permanecem dispersos, sem se aglomerar. Cada centro Li+ polariza e se liga a até cinco moléculas de H2, com energias médias de adsorção de -0,207 a -0,336 eV/H2, dentro da janela ótima para armazenamento reversível em temperatura ambiente. O sistema 4Li@o-B2N2(20H2) atinge uma capacidade gravimétrica teórica de 15,12 wt% e uma capacidade prática de 10,99 wt% sob condições operacionais realistas (carga a 30 atm/25 ∘C; liberação a 3 atm/100 ∘C). Esses resultados estabelecem o o-B2N2 funcionalizado com Li como um material promissor para armazenamento de hidrogênio que merece exploração experimental.