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Updated: Jan 29, 2026

Multiscale Sampling of a Heterogeneous Water/Metal Catalyst Interface using Density Functional Theory and Force-Field Molecular Dynamics

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Published on: April 12, 2019

Estudio de simulación molecular de interfaces agua-roca durante la secuestro de CO₂ supercrítico

Yuanzi Yan¹, Yunfeng Fan², Peng Zhang³

¹Shaanxi Key Laboratory of Higher Education Institutions for Intelligent Prevention and Control of Coal Mine Disasters, Shaanxi Energy Institute, Xianyang 712000, China.

Molecules (Basel, Switzerland)

|January 28, 2026

Resumen

La química de la superficie mineral dicta cómo el dióxido de carbono supercrítico (CO2) y el agua interactúan en el almacenamiento geológico. La mojabilidad, impulsada por fuerzas electrostáticas, controla el atrapamiento de CO2 y el rendimiento de sellado en las formaciones del subsuelo.

Área de la Ciencia:

Geoquímica
Ciencia de Materiales
Ciencias Ambientales

Sus antecedentes:

La comprensión de las interacciones supercríticas de CO2-agua-mineral es crucial para la seguridad y eficiencia del almacenamiento geológico de carbono.
La influencia de la química de la superficie mineral y la geometría de los poros en el comportamiento interfacial a escala molecular no se comprende completamente.

Objetivo del estudio:

Cuantificar cómo las diferentes superficies minerales (SiO2 metilado, SiO2 hidroxilado, caolinita) afectan el comportamiento interfacial CO2-agua.
Investigar los roles de la mojabilidad y las interacciones electrostáticas en la regulación de estas interfaces.

Principales métodos:

Se utilizaron simulaciones de dinámica molecular para modelar las interacciones de CO2-agua con tres superficies minerales distintas.
Se calcularon los ángulos de contacto y las energías de enlace electrostático para evaluar la afinidad del agua y las propiedades interfaciales.

Principales resultados:

Se observó una clara jerarquía de afinidad por el agua: SiO2 metilado (ángulo de contacto ~140°), SiO2 hidroxilado (~61,3°) y caolinita (~24,5°).
Las atracciones electrostáticas mineral-agua más fuertes se correlacionaron con una mayor hidrofilicidad y una morfología interfacial alterada.
Las atracciones de dióxido de carbono-agua fueron moderadas pero influyeron en la distribución de CO2 dentro de los espacios confinados.

Conclusiones:

La funcionalización y el tipo de superficie mineral controlan significativamente la morfología interfacial, el confinamiento de fluidos y la estabilización electrostática.
La mojabilidad mineral es un factor clave en el atrapamiento de CO2, la segregación de fluidos y el sellado a escala de poros en el almacenamiento de CO2.
Este estudio proporciona información a nivel molecular sobre los mecanismos que rigen el rendimiento del almacenamiento de CO2.

Palabras clave:

estructura del agua confinada interacciones electrostáticas interfaciales mojabilidad mineral simulación de dinámica molecular secuestro de CO2 supercrítico

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