Agua confinada en nanoporos de dióxido de titanio

ESTEFANIA GONZLEZ SOLVEYRA; YAMILA PEREZ SIRKIN; EZEQUIEL DE LA LLAVE; GALO J. A. A. SOLER-ILLIA; VALERIA MOLINERO; DAMIAN A. SCHERLIS PEREL

Cordoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquimica

Introducción El efecto de las interfases y el confinamiento sobre el comportamiento del agua es objeto de estudio tanto experimental como computacional, debido a su relevancia teórica, practica y tecnológica. Particularmente, el empleo de las propiedades de sorción de agua en óxidos mesoporosos (titania, silica, germania) como técnica de caracterización de rutina exige un conocimiento microscópico de las interacciones con la superficie, del proceso de llenado y del de condensación capilar dentro de los poros. Si bien los estudios en matrices de silica son abundantes, no ocurre lo mismo para sistemas de titania. Son escasos a la fecha trabajos que estudien las propiedades de agua confinada en poros cilíndricos, en los que entran en juego no solo el confinamiento sino la curvatura, la cristalinidad de la superficie y las interacciones con la misma. Objetivos y metodología En este trabajo, se busca lograr un entendimiento microscópico del comportamiento del agua en condiciones de confinamiento por superficies altamente hidrofílicas. A tal fin se estudia la estructura y dinámica de agua confinada en nanoporos de titania, en función del radio y de la distancia a la superficie del mismo para distintas fracciones de llenado mediante métodos de dinámica molecular clásica. Se trabajó con canales cilíndricos de TiO2 cristalino de 1.4 y 2.6 nm de diámetro, utilizando el modelo SPC/E para el agua y parámetros derivados ab initio por Bandura et al. [JPC B, 107, 40, 2003] para las interacciones con la matriz del óxido. Resultados y Conclusiones En ambos sistemas se observó la formación de una bicapa fuertemente adsorbida, cuya densidad aumenta con la fracción de llenado. La movilidad de la misma se encuentra sensiblemente reducida respecto al agua bulk y su estructura correlaciona con la de la superficie, consecuencia de la cristalinidad y de la fuerte hidrofilicidad de la misma (ΔEads~20 kcal/mol). La movilidad traslacional del agua depende fuertemente de la distancia a la superficie de los poros así como también la estructura y dinámica de la red de puentes hidrógeno. Para el sistema más pequeño, el llenado del poro procede sin la formación de la fase liquida que resultaría de la condensación capilar dentro del poro. Por otro lado, para el sistema de mayor diámetro se observa la aparición de una fase condensada con ρ~ρbulk en co-existencia con la fase adsorbida de baja densidad a partir de un llenado critico de ~79%, muy superior a los observados para sistemas menos hidrofílicos como silica. La ausencia de la misma en el poro mas pequeño se supone una consecuencia de la baja movilidad de la bicapa, que dificulta la nucleación necesaria para la condensación capilar.