Simulaciones moleculares de GCMC como herramienta predictiva de la capacidad de adsorci´on de gases en MOFs

M.C. BERNINI; P.M. PASINETTI; A.J. RAMIREZ-PASTOR

Montevideo

Congreso; Segunda Reunión Conjunta co-organizada entre la Sociedad Uruguaya de Física y la Asociación Física Argentina; 2011

SUF-AFA

Los MOFs (Metal Organic Frameworks) son compuestos cristalinos basados en iones met´alicos vinculados a trav´es de mol´eculas org´anicas conectoras (ligandos), cuyas redes se caracterizan por presentar cavidades o canales. Por esta raz´on, los MOFs se incluyen dentro de los materiales porosos y est´an siendo actualmente muy estudiados por sus interesantes propiedades relacionadas a la cat´alisis, la qu´ımica de inclusi´on, la separaci´on de especies moleculares o i´onicas y la adsorci´on selectiva de gases1. El desarrollo reciente de diversos c´odigos para la realizaci´on de simulaciones moleculares, particularmente de tipo Monte Carlo (MC) continuo ha cobrado importancia volviendo a tales simulaciones herramientas ´utiles en la predicci ´on de la capacidad de adsorci´on no s´olo de MOFs reales sino tambi´en de otros con estructuras hipot´eticas2. En este sentido, uno de los c´odigos m´as difundidos ´ultimamente en la literatura es el c´odigo MUSIC3, mediante el cual es posible simular, por ejemplo, isotermas de adsorci´on de diversos gases y l´ıquidos en MOFs y zeolitas. En este m´etodo se trabaja con un modelo del adsorbente que incluye las coordenadas cristalogr´aficas y el tama˜no de la celda unitaria del MOF y las interacciones adsorbato-adsorbato son modeladas con par´ametros de Lennard-Jones (tomados generalmente de campos de fuerza gen´ericos) al igual que para las interacciones adsorbato-framework. La simulaci´on de MC se realiza en el conjunto Gran Can´onico (GCMC), es decir, a potencial qu´ımico, volumen y temperatura constantes, permitiendo que el n´umero de mol´eculas de gas fluct´ue hasta alcanzar el equilibrio, tal y como ocurre en un experimento de adsorci´on cl´asico. Cada simulaci´on de GCMC consiste en millones de movimientos aleatorios: inserci´on, eliminaci´on, rotaci´on o traslaci´on de una mol´ecula a trav´es de la porosidad, de los cuales s´olo algunos ser´an aceptados, asegurando que cumpla con un valor de energ´ıa acorde con la distribuci´on de Boltzmann. En este trabajo presentamos los estudios realizados empleando el c´odigo MUSIC para estudiar la adsorci´on de metano e hidr´ogeno en el IRMOF14 y en otros MOFs basados en el ligando ´acido hexafl´uorisopropilidenbis(benzoico) y metales de transici´on.