Simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del almacenamiento de hidrógeno en varios MOF-MRTs recientemente sintetizados

Abstract

El cambio climático supone problema sustancial en la actualidad, debido principalmente a la generación de energía por medio de combustibles fósiles. Este hecho, unido a la inestable situación geopolítica y la creciente demanda de energía ha llevado a las naciones a buscar alternativas limpias y eficientes para lograr reducir las emisiones de gases de efecto invernadero así como buscar independencia energética. En este sentido, una economía basada en el hidrógeno se ha mostrado como una excelente opción para ello. En concreto, la sustitución de los motores de combustión por motores de pila basados en dicho gas. Este trabajo se focaliza en la búsqueda de materiales porosos con grandes capacidades de almacenamiento con este fin. Los MOFs (Metal-Organic Frameworks) son un gran grupo de materiales sólidos porosos que han adquirido relevancia e interés por su gran capacidad para almacenar hidrógeno y metano. Se han realizado simulaciones Monte Carlo Gran Canónico (GCMC) de las capacidades utilizables de almacenamiento de hidrógeno de cuatro MOFs-MRT de reciente síntesis. [Zn-(bpdc)(3-bpmhz)]1.5(dmf)n MRT-1, [Zn(bpdc)(3-bpmhz)](dmf)0.5(Py)n MRT-2, [Zn(bpdc)(4-bpmhz)](MeOH)0.5(H2O)n MRT-3, y [Cd(bpdc)(bda4bPy)] 2.5(dmf)n MRT-4 (donde MRT representa el grupo de investigación Moldova Research Team red de donde son obtenidos) [1]. Dichas simulaciones se han llevado a cabo a temperatura ambiente y presiones entre 0.5 y 35 MPa. Dos de ellos, concretamente el MRT-2 y el MRT-4 presentan altas capacidades utilizables de almacenamiento comparables a las capacidades de MOFs tradicionales de características similares buscados en el Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC). En el apartado de análisis se comparan capacidades gravimétricas y volumétricas utilizables de todos los MRT con las capacidades de MOFs semejantes, en función de diversos parámetros estructurales.

Nowadays, climate change is a substantial problem, mainly due to the generation of energy through fossil fuels. This fact, combined with the unstable geopolitical situation and the increasing demand for energy, has led nations to seek clean and efficient alternatives to reduce greenhouse gas emissions as well as seek energy independence. In this sense, a hydrogen-based economy has proven to be an excellent option for this. Specifically, the replacement of combustion engines with fuel cell engines based on said gas. This work focuses on the search for porous materials with large storage capacities for this purpose. MOFs (Metal-Organic Frameworks) are a large group of solid porous materials that have gained relevance and interest due to their great capacity to store hydrogen and methane. Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulations of the usable hydrogen storage capacities of four recently synthesized MOF-MRTs have been performed: [Zn-(bpdc)(3-bpmhz)]1.5(dmf)n MRT-1, [Zn(bpdc)(3-bpmhz)](dmf) 0.5(Py)n MRT-2, [Zn(bpdc)(4-bpmhz)](MeOH) 0.5(H2O)n MRT-3, and [Cd(bpdc)(bda4bPy)] 2.5(dmf)n MRT-4 (where MRT stands for Moldova Research Team) [1]. These simulations have been carried out at room temperature and pressures between 0.5 and 35 MPa. Two of them, namely MRT-2 and MRT-4, show high usable storage capacities comparable to those of traditional MOFs with similar characteristics sought at the Cambridge Crystallographic Data Center (CCDC). In the analysis section, the usable gravimetric and volumetric capacities of all MRTs are compared with the capacities of similar MOFs, based on various structural parameters.