Tesis: «Evaluation of the hydrogen adsorption properties of MOFs through computational chemistry techniques» Por Diego A. Gómez
Viernes 05 de octubre 14:00 h. Salon de actos – ITQ, UPV en Valencia.
Defensa PhD tesis: «Evaluation of the hydrogen adsorption properties of MOFs through computational chemistry techniques» Por Diego Armando Gómez H.
Resumen
En los últimos años, los esfuerzos para desarrollar una fuente de energía limpia y económicamente viable se han incrementado. Estos esfuerzos son una 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 propiedades 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 semiempíricos 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 materiales 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 estimaron las cargas máximas de moléculas de adsorbato adsorbibles en los centros de adsorción. Con estos resultados, la composición de cada material y sus propiedades físicas, se calcularon las capacidades gravimétricas y volumétricas. Como resultado general, se determinó que un MOF con potencial utilidad para el almacenamiento 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./ų y centros de adsorción cuya topología y accesibilidad permita la adsorción de más de 3 moléculas de H2 por átomo de metal.
