Simulaciones moleculares de GCMC como herramienta predictiva de la capacidad de adsorción de gases en MOFs

BERNINI, MARIA CELESTE; PASINETTI, P. M.; RAMIREZ-PASTOR, A. J.

Montevideo- Uruguay

Congreso; AFA/ SUF 2011; 2011

Sociedad Uruguaya de Física - Asociación de Física Argentina

Los MOFs (Metal Organic Frameworks) son compuestos cristalinos basados en iones metálicos vinculados a través de moléculas orgánicas conectoras (ligandos), cuyas redes se caracterizan por presentar cavidades o canales. Por esta razón, los MOFs se incluyen dentro de los materiales porosos y están siendo actualmente muy estudiados por sus interesantes propiedades relacionadas a la catálisis, la química de inclusión, la separación de especies moleculares o iónicas y la adsorción selectiva de gases[i]. El desarrollo reciente de diversos códigos para la realización de simulaciones moleculares, particularmente de tipo Monte Carlo (MC) continuo ha cobrado importancia volviendo a tales simulaciones herramientas útiles en la predicción de la capacidad de adsorción no sólo de MOFs reales sino también de otros con estructuras hipotéticas[ii]. En este sentido, uno de los códigos más difundidos últimamente en la literatura es el código MUSIC[iii], mediante el cual es posible simular, por ejemplo, isotermas de adsorción de diversos gases y líquidos en MOFs y zeolitas. En este método se trabaja con un modelo del adsorbente que incluye las coordenadas cristalográficas y el tamaño de la celda unitaria del MOF y las interacciones adsorbato-adsorbato son modeladas con parámetros de Lennard-Jones (tomados generalmente de campos de fuerza genéricos) al igual que para las interacciones adsorbato-framework. La simulación de MC se realiza en el conjunto Gran Canónico (GCMC), es decir, a potencial químico, volumen y temperatura constantes, permitiendo que el número de moléculas de gas fluctúe hasta alcanzar el equilibrio, tal y como ocurre en un experimento de adsorción clásico. Cada simulación de GCMC consiste en millones de movimientos aleatorios: inserción, eliminación, rotación o traslación de una molécula a través de la porosidad, de los cuales sólo algunos serán aceptados, asegurando que cumpla con un valor de energía acorde con la distribución de Boltzmann. En este trabajo presentamos los estudios realizados empleando el código MUSIC para estudiar la adsorción de metano e hidrógeno en el IRMOF1[iv] y en otros MOFs basados en el ligando ácido hexaflúorisopropilidenbis(benzoico) y metales de transición. [i] G. Férey, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191. [ii] S. S. Han, W.-Q. Deng, W. A. Goddard, III Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6289. [iii] Gupta, A.; Chempath, S.; Sanborn, M. J.; Clark, L. A.; Snurr, R. Q. Mol. Sim. 2003, 29, 29?46. [iv] M. Eddaoudi, J. Kim, N. Rosi, D. Vodak, J. Wachter, M. O?Keeffe, O. M. Yaghi, Science 2002, 95, 469.