La influencia de la flexibilidad intrínseca del marco en la adsorción en materiales nanoporosos

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La flexibilidad en los marcos metálico-orgánicos (MOF) a menudo se considera beneficiosa para ajustar el almacenamiento y el rendimiento de la separación de gases.
• La separación por forma selectiva de moléculas de tamaño similar, como el xenón (Xe) y el criptón (Kr), es crítica para varias aplicaciones industriales.

Objetivo del estudio:

• Determinar la flexibilidad óptima de los MOF para la separación selectiva de moléculas de tamaño similar.
• Para aclarar la compleja relación entre la flexibilidad del marco y el rendimiento de separación.

Principales métodos:

• Desarrollo de un modelo analítico sencillo para predecir la adsorción y la selectividad del régimen de Henry en función de la flexibilidad del MOF.
• Utilizando simulaciones moleculares para examinar el comportamiento de adsorción de los MOF flexibles.
• Comparación de los resultados de la simulación con los datos experimentales de adsorción.

Principales resultados:

• La dependencia de la selectividad de la flexibilidad de MOF es compleja, con un rendimiento potencialmente mejorado o disminuido en función de las características del tamaño de los poros.
• La mayor selectividad para la separación selectiva de la forma se logra en MOF rígidos, con un aumento de la flexibilidad que disminuye el rendimiento.
• Las simulaciones flexibles proporcionan un mejor acuerdo con los datos experimentales que las aproximaciones rígidas para los MOF de alto rendimiento.

Conclusiones:

• Para una adsorción óptima de la forma selectiva, los MOF deben poseer un tamaño/química óptima de los poros y una flexibilidad intrínseca mínima.
• La flexibilidad puede mejorar la selectividad en los MOF no óptimos, pero la reduce en los que ya están optimizados para la rigidez.
• Las simulaciones flexibles son esenciales para modelar con precisión la adsorción en sistemas flexibles de MOF.