Resumen - Fundamentos de la Adsorción y Difusión de CO2 en Materiales Subnanoporosos: Aplicación al CALF-20

Fundamentos de la Adsorción y Difusión de CO2 en Materiales Subnanoporosos: Aplicación al CALF-20

2025-07-10 14:18:34

{"André de Freitas Gonçalves","Emerson Parazzi Lyra","Sayali Ramdas Chavan","Philip Llewellyn","Luis Fernando Mercier Franco","Yann Magnin"}

{cond-mat.mtrl-sci}

El documento presenta un enfoque teórico para predecir la termodinámica y cinética de las moléculas de invitado en materiales nanoporosos, centrado en la adsorción de CO2 y la difusión molecular en el subnanoporoso metal-órgánico (MOF) CALF-20. El método, basado en la mecánica estadística, requiere un conjunto mínimo de parámetros físicos que pueden obtenerse de experimentos o simulaciones numéricas. El estudio comienza por analizar la adsorción de CO2 en CALF-20 utilizando simulaciones de Monte Carlo canónicas grandes (GCMC) y experimentos, demostrando una buena acuerdo entre ambos. La isoterma de adsorción muestra una forma de Langmuir, característica de los adsorbentes nanoporosos. La entalpía de adsorción aumenta con la carga, atribuida a un aumento de las interacciones entre las celdas de invitado. Los autores derivan luego la ecuación de Langmuir desde la mecánica estadística, considerando el estado gaseoso y las moléculas adsorbidas. Utilizan el método de distribución de energía de adsorción (AED) para extraer parámetros físicos como las energías de enlace, densidades de saturación y frecuencias vibracionales de la isoterma de GCMC. El método AED permite la determinación de estos parámetros a partir de una única isoterma, proporcionando información sobre el mecanismo de adsorción. El modelo se utiliza para aproximarse a isotermas en diferentes temperaturas, constante de Henry, densidad de saturación y entalpías de adsorción a dilución infinita. El modelo también se utiliza para predecir la difusión de CO2 en CALF-20 utilizando la teoría del estado de transición (TST), que describe el proceso de difusión basado en la barrera de energía entre sitios de adsorción. Los autores comparan los coeficientes de difusión autónoma predichos con los obtenidos de simulaciones de dinámica molecular, demostrando un acuerdo razonable. El estudio subraya la importancia tanto de la termodinámica como de la cinética en el diseño de materiales de captura de carbono y proporciona un modelo predictivo para comprender los procesos de adsorción y difusión en materiales nanoporosos como el CALF-20. El enfoque propuesto puede adaptarse fácilmente a otros sólidos y puede ser de interés para aplicaciones de ingeniería que involucran materiales nanoporosos.