Ante los problemas de abasto energético en el futuro y la contaminación que genera
la quema de combustibles fósiles, es de vital importancia buscar y explotar fuentes
alternativas de energía renovables y más amigables con el medio ambiente. Una opción
prometedora es el empleo de H2, ya que presenta un alto valor calórico y el producto de
su combustión es agua. Un reto importante para utilizar dicho gas es el almacenamiento
que se pueda hacer de este para su uso. Una manera segura y relativamente e ciente que
se ha explorado es a través de la adsorción en materiales porosos.
Una ruta de estudio para la selección de materiales con características adecuadas para
los procesos de adsorción es la simulación computacional. Esta permite estudiar rápidamente la influencia de las propiedades a nivel molecular para estimar la capacidad de adsorción de diferentes estructuras y complejos en condiciones difíciles de alcanzar experimentalmente.
En este trabajo, se realiza un estudio de procesos de adsorción mediante simulaciones
computacionales de una familia de tetracianoniquelatos laminares. Se estudiaron 6 miembros de la familia variando el metal externo (Ni, Co y Fe) y el anillo que funge como
pilar entre las láminas (imidazol y piridina). Mediante cálculos DFT se analizaron las
geometrías y los mapas de densidad electrónica de los materiales de partida, así como las interacciones H2-hospedero en los compuestos con imidazol. Las isotermas de adsorción de H2 en los TCN fueron simuladas con cálculos GCMC para bajas y altas presiones a 77 K.
La optimización de los sistemas dio como resultado dos tipos de estructuras: ondulas
y planas. Las estructuras onduladas tienen como pilar de soporte al imidazol, en cambio
las estructuras planas son con piridina. Los mapas de densidad electrónica demuestran
cómo la geometría influye en la dirección y magnitud de los gradientes eléctricos dentro
de los canales del material, siendo más fuertes y extendidos en los compuestos con
imidazol. Como resultado, se generan sitios preferenciales para una fuerte interacción gradiente eléctrico-momento cuadrupolar, lo cual se corroboró con un cálculo de optimización TCN-H2 y con los valores de adsorción de H 2 obtenidos mediante la simulación de las isotermas de adsorción. Las isotermas de los materiales con imidazol sugieren la presencia de fuertes interacciones huésped-hospedero a 77 K, las cuales son menos importantes para los materiales con Py.
ABSTRACT.
In the face of energy supply problems in the future and the pollution generated by the burning of fossil fuels, it is important search and exploit alternative sources of energy
and more friendly to the environment. One option is to use H2 it has a high caloric value
and its combustion produces water. An important challenge to use such gas is the storage
that can be made of it for use. A safe and relatively efective way that has been explored
is through adsorption in porous materials.
A study route for the selection of materials with suitable characteristics for the adsorption processes is the computational simulation. This allows to study the influence of the properties at molecular level to estimate the capacity of adsorption of diferent structures and complexes in conditions dificult to reach experimentally.
In this work, a study of adsorption processes is performed by computational simulations
of a family of laminar tetracyanonikelates. Six members of the family were studied by varying the external metal (Ni, Co and Fe) and the ring that acts as a pillar between the sheets (imidazole and pyridine). DFT calculations analyzed the geometries and electron density maps of the starting materials, as well as the H 2 - host interactions in the imidazole compounds. The adsorption isotherms of H 2 in the TCNs were simulated with
GCMC calculations for low and high pressures at 77 K.
The optimization of the systems resulted from the types of structures: corrugated
and at. The wavy structures have as support pillar to the imidazole, in contrast the
at structures son with pyridine. The electron density maps show how the geometry in
uences the direction and magnitude of the gradient electric within the channels of the material, being stronger and extended in the compounds with the imidazole. As a result, preferential sites are generated for a strong gradient electrical-quadrupole moment interaction, which was corroborated by an optimization calculation TCN-H2 and the obtained H2 adsorption values by the simulation of adsorption isotherms. The isotherms of imidazole materials suggest the presence of strong host-host interactions at 77 K, which are less important for materials with Py.
