Experimental and theoretical investigation of strong acid hydrates

Abstract

En la presente tesis se estudian mediante métodos experimentales (espectroscopia Raman, espectroscopia de impedancia electroquímica y difracción de rayos X) y teóricos (cálculos de primeros principios) la formación, estructura y conductividad protónica de clatratos de agua encapsulando ácidos. En particular,presentamos un estudio teórico mediante cálculos ab initio basados en la teoría del funcional de la densidad del hidrato de HPF6 en la estructura SVII y de la estabilidad de moléculas de H3PO4, H2PO2F2 yH3PO3F como impurezas sustitucionales en dicha estructura. Nuestros cálculos confirman que la estructura es más estable cuando dichos dopantes sustituyen a aniones de PF6-, al menos a bajas concentraciones. Este resultado es consistente con resultados experimentales de la literatura y confirma la importancia del papel de las impurezas en la estabilidad y las propiedades del hidrato de HPF6. Por otro lado, nuestros resultados experimentales se centran en los hidratos mixtos de tetrahidrofurano (THF) yHClO4 para distintas fracciones HClO4/THF. Para dichos sistemas hemos realizado medidas de difracción de rayos, espectroscopia e imagen Raman, y medidas de impedancia electroquímica. De esta manera hemos podido correlacionar los cambios estructurales y de conductividad observados con el número de hidratación y la fracción ácida. A partir de estos datos se han generado modelos para entender la conductividad que ponen de relieve la importancia de la estructura y organización del sistema en la escala meso/macroscópica.