En los últimos años, los esfuerzos para desarrollar una fuente de energía lim-
pia y económicamente viable se han incrementado. Estos esfuerzos surgen como
respuesta al creciente consumo de combustibles y al alto impacto ambiental y
socio-político de la exploración y el uso de hidrocarburos o energía nuclear. Una
de las alternativas más prometedoras exploradas hoy en día es el uso de H2 como
vector energético. Sin embargo, existen algunas limitaciones relacionadas con la
producción y almacenamiento que deben ser superadas.
Centrados en el problema del almacenamiento de H2 , en esta investigación
se ha estudiado, empleando técnicas químico-computacionales, las propiedades
físico-químicas que promueven la adsorción de hidrógeno en sólidos cristalinos
microporosos metal-orgánicos (MOFs). A partir del análisis de los resultados, se
han identificado algunos parámetros que pueden ser utilizados como referencia
para orientar el diseño y la síntesis de nuevos MOFs con mejores propiedades
para la adsorción de H2 .
A lo largo del estudio, los siguientes aspectos han sido evaluadas en detalle: i.
la naturaleza de las interacciones moleculares entre el adsorbato y los diferentes
componentes del material y ii. las características estructurales que promueven o
limitar la adsorción. Estos aspectos fueron estudiados con técnicas de químico-
computacionales, tales como cálculos de química cuántica (con métodos los semi-
empíricos PM6, HF y MP2) y simulaciones de dinámica molecular y Monte Carlo.
Los resultados se analizaron en una función de las propiedades físicas de los ma-
teriales seleccionados para el estudio.
En una primera fase, la interacción de las moléculas de H2 con el MOF-5 se
evaluaron a través de cálculos de química cuántica. En vista de que los sitios
de adsorción más fuertes fueron localizados en posiciones cercanas a los átomos
del metal (Zn (II)), se realizó un estudio adicional con cuatro tipos de centros
metálicos comúnmente observados en las unidades estructurales inorgánicos de
MOFs, tales como el UiO-66, el MFU -1b, el MIL-47 y el MIL-48A (Pd).
Empleando cálculos de química cuántica, en particular el método MP2, se esti-
maron las cargas máximas de moléculas de adsorbato adsorbibles en los centros
de adsorción. Con estos resultados, la composición de cada material y sus propie-
dades físicas, se calcularon las capacidades gravimétricas y volumétricas. Como
resultado general, se determinó que un MOF con potencial utilidad para el alma-
cenamiento de hidrógeno debe tener una densidad en un rango de 0,7-1,0 g/cm3,
una densidad de átomos metálicos ∼0,004 At. M./Å y centros de adsorción cuya
topología y accesibilidad permita la adsorción de más de 3 moléculas de H2 por
átomo de metal.
Finalmente, se evaluaron los aspectos estructurales que promueven la adsor-
ción por efectos de confinamiento en los materiales PCN-12, HKUST-1, MOF-505,
NOTT-103 y NOTT-112. Con este objetivo, los centros de adsorción de H2 fueron
localizados empleando mapas de ocupación 3D obtenidos de los análisis de las
trayectorias moleculares calculadas con simulaciones de dinámica molecular. A
partir de estos mapas de ocupación, se observo que los efectos de confinamiento
juegan un papel importante en la adsorción del gas en materiales con cavidades
de diámetros ∼8Å y con ventanas pequeñas, en las cuales la adsorción en los cen-
tros de adsorción más débiles es promovida por el solapamiento de los potenciales
de atracción.