Caracterización del material nanoestructurado (CMK-3) por medio de simulación de Monte Carlo

CORNETTE V

San Luis

Simposio; 3° Simposio sobre Adsorción, Adsorbentes y sus Aplicaciones, SAASA; 2014

          Los carbones porosos, debido a sus propiedades superficiales y  de estabilidad, son muy atractivos para diversas aplicaciones, tales como adsorción, purificación de agua, catálisis, electroquímica, entre otras. En 1999, la síntesis exitosa de carbones mesoporosos estructurados fue desarrollada1,2, en la cual sílicas mesoporosas ordenadas fueron empleadas como moldes (templates) para crear estos materiales. Estos carbones presentan la ventaja, respecto de materiales porosos desordenados, de  permitir un control preciso de las dimensiones y distribución de la porosidad, la cual es vital para aplicaciones que requieren selectividad en forma y tamaño, organización jerárquica del material y accesibilidad al poro.        Ryoo y colaboradores sintetizaron un carbón mesoporoso ordenado llamado CMK-3, el cual consiste de arreglos hexagonales (2D) de nanovarillas (nanorods) de carbono. El tamaño de los poros del material sintetizado por Ryoo fue verificado por técnicas  de  XRD y TEM3. Sin embargo, el estudio mediante la adsorción de gases es necesario para un completo entendimiento de las propiedades y estructura del material.         El desarrollo de modelos moleculares avanzados ha llevado a mejorar la caracterización de materiales porosos4. La mayoría de las aproximaciones teóricas y de simulación han considerado geometrías simples (poro slit y cilíndricos) para describir la forma de los poros en carbones micro y mesoporosos. Sin embargo, la síntesis de estos nuevos materiales prediseñados requiere  el desarrollo de nuevos métodos los cuales tengan en cuenta la morfología específica de estas estructuras.               Con ese espíritu, realizamos simulaciones de Monte Carlo  en el formalismo gran canónico (GCMC) para caracterizar, mediante la obtención de  la distribución de tamaño de poros (PSD), el carbón mesoporoso nanoestructurado CMK-3. A partir de un estudio sistemático modelamos el material partiendo desde geometrías simples (poros slit, poros cilíndricos) y combinación de geometrías simples avanzando  hacia un modelo geométrico más apropiado5 el cual permite una mejor caracterización del material. Los resultados obtenidos son contrastados con  datos obtenidos con  cálculos de QSDFT y NLDFT (considerando las geometrías slit y cilíndricas) y datos experimentales6. [1] Ryoo, R.; Joo, S. H.; Jun, S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7743. [2] Lee, J.; Yoon, S.; Hyeon, T.; Oh, S. M.; Kim, K. B. Chem. Commun. 1999, 2177. [3] Choi, M.; Ryoo, R. Nature materials 2003, 2, 473. [4] Gor, G.; Thommes, M.; Cychosz, K.; Neimark, A. Carbon 2012, 50, 1583. [5] Solovyov, L.; Shmakov, A.; Zaikovskii, V.; Joo S.; Ryoo, R. Carbon 2002, 40, 2477. [6] Barrera, D.; Dávila, M.; Cornette, V.; De Oliveira, J.C.A.; López, R.H.; Sapag, K.; Microporous and Mesoporous Materials; 2013, 180, 71.