Efectos de la interacción molécula/superficie y de la nanoestructuración en la difusión de distintos solventes en sílica porosa: un estudio computacional

ACOSTA, RODOLFO H.; MONTI, GUSTAVO A.; CHEVALLIER BOUTELL, IGNACIO JOSÉ; FRANZONI, M. BELÉN; OLMOS-ASAR JIMENA A.

Congreso; Efectos de la interacción molécula/superficie y de la nanoestruc- turación en la difusión de distintos solventes en sílica porosa: un estudio computacional; 2020

AFA

Los sistemas mesoporosos de sílica tienen una gran cantidad de aplicaciones como soportes para catálisis heterogénea, materiales de empaquetamiento para procesos de separación y vehiculización de drogas, macromoléculas o incluso células. Para obtener el máximo rendimiento en dichas aplicaciones, es necesario comprender el transporte molecular dentro de las estructuras porosas, siendo la difusión una de las propiedades más relevantes.El confinamiento de líquidos dentro de materiales mesoporosos (cuyos diámetros son a lo sumo decenas de nm) modifica propiedades observables tales como la relajación de espín y la difusión efectiva, lo cual resulta muy beneficioso para caracterizar la morfología del sistema poroso de manera no invasiva, por ejemplo a través de experimentos de Resonancia Magnética Nuclear. Estos cambios pueden explicarse al considerar la geometría, topologpía y modificación superficial del material poroso [1], la composición y tipo de líquido confinado, y las interacciones líquido-líquido y líquido-matriz. La comprensión de estos mecanismos resulta clave para la correcta interpretación de los resultados experimentales.En este trabajo realizamos cálculos por primeros principios para determinar las energías de interacción entre una matriz de sílica cristalina (α-cristobalita) y distintos solventes, tanto polares como apolares. Esta información, sumada a un modelo que proponemos para estimar la fracción de moléculas adsorbidas/desorbidas, se contrasta con valores de coeficientes de difusión efectiva (Def f ) obtenidos experimentalmente en matrices de sílica con tamaños de poro medio desde los 3 nm hasta los 30 nm [2]. El estudio muestra que, a medida que el tamaño del poro se reduce, las interacciones líquido-matriz comienzan a dominar la dinámica del solvente incluso en caso deinteracciones débiles como la de los alcanos, las cuales son consideradas nulas en tamaños mayores de poro [3].[1] E.W. Hansen, et.al Micropor. Mesopor. Mat. 22, 309-320 (1998).[2] L. Garro Linck, et.al. Micropor. Mesopor. Mat. 305, 110351 (2020).[3] C. D0Agostino, et.al. J. Phys.Chem. 116, 8975-8982 (2012).