Simulaciones ab initio de la adsorción de moléculas gaseosas en MOFs dopados

Abstract

Las simulaciones atomísticas son una herramienta de gran utilidad, en química y ciencia de los materiales, debido a que nos permiten estudiar la interacción entre sistemas y sus propiedades sin tener que generarlos en un laboratorio. Usando estas simulaciones se quiere abordar el problema de la purificación del biogás; una fuente de energía alternativa formada mayormente por metano y dióxido de carbono. En este proyecto estudiaremos el uso de estructuras metal-orgánicas (MOFs) para la separación de estas dos especies gaseosas, usando métodos computacionales basados en la teoría del funcional de la densidad para las simulaciones. Siendo los MOFs estructuras porosas de gran interés en la comunidad científica, debido a su capacidad de adsorber moléculas en los huecos que presentan. Para tener una mejor noción de las propiedades de adsorción de gases en estas estructuras las compararemos con las obtenidas para clústeres metálicos. Finalmente, veremos como se modifican las propiedades de adsorción de gases en los MOFs al doparlos con metales de transición y al reducir el tamaño de los poros.

Atomistic simulations are a handy tool in chemistry and materials science, as they render possible the study of the interaction between systems and their properties without having to generate them in a laboratory. The motivation behind using these simulations is the interest in addressing the biogas purification issue, an alternative energy source consisting mainly on methane and carbon dioxide. In this project we will study the use of metal-organic frameworks (MOFs) for the separation of these two gaseous species, using computational methods based on the density functional theory in the simulations.With MOFs being porous structures of great interest among the scientific community, due to its capacity to adsorb molecules in the cavities they present. In order to have a better notion of these structures' gas adsorbing properties, we will compare them with those obtained for metal clusters. Finally, we shall see how the gas adsorption properties of MOFs are modified by doping them with transition metals and by reducing the pore size.