Caracterización de la Adsorción de Hidrógeno en MOFs por Métodos Químico-Computacionales

Abstract

En los últimos años, los esfuerzos para desarrollar una fuente de energía limpia y econó³micamente 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 díaa es el uso de H2 como vector energético. Sin embargo, existen algunas limitaciones relacionadas con la producciónn 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-quí�micas 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 fÃ�sicas 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 adsorciónn más fuertes fueron localizados en posiciones cercanas a los Átomos del metal (Zn (II)), se realiza un estudio adicional con cuatro tipos de centros metálicos......