Diseño racional de arquitecturas de almacenaje de gases moleculares Las infraestructuras metalorgánicas (MOF) resultan adecuadas para almacenar moléculas de gases. Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea ha desarrollado formas nuevas de estas estructuras que permiten abrir el marco que las caracteriza y acomodar moléculas que, de otro modo, no podrían ajustarse a ellas. Energía © Thinkstock Como sugiere su nombre, las MOF, consisten en uniones de óxidos metálicos con ligandos orgánicos. El resultado son estructuras muy porosas que consisten en cavidades separadas por ventanas con una gran área superficial. Por lo general, las MOF son bastante rígidas y químicamente estables debido a la fuerza de sus enlaces químicos. La modularidad de las MOF permite diseñar de forma racional sistemas porosos a medida. En combinación con ceolitas microporosas, que comparten muchas de estas propiedades y se utilizan actualmente en gran variedad de aplicaciones en todo el mundo, el resultado son infraestructuras ceolíticas con imidazolato (ZIF) microporosas. Las ZIF han recibido grandes elogios por sus posibles aplicaciones para el almacenamiento de gases, incluidos los de uso energético como el hidrógeno (H2) y metano (CH4), y las relacionadas con el dióxido de carbono (CO2) para captura y almacenamiento de CO2. No obstante, aunque existan estas grandes posibilidades, el descubrimiento de nuevas ZIF para adsorción de gases (adherencia de moléculas a la superficie de la ZIF) se realiza principalmente por ensayo y error. Un grupo de investigadores europeos pretendía racionalizar el diseño de la producción de ZIF con la ayuda de la financiación del proyecto DASZIF. Las simulaciones moleculares dieron lugar a la identificación de estructuras ZIF óptimas que, a continuación, se sintetizaron y se caracterizaron respecto a la adsorción de distintos gases. A continuación se utilizaron estudios de simulación para explicar el motivo de las diferencias entre los perfiles esperados y los perfiles obtenidos. Los científicos identificaron la causa como el equilibrio entre la intensidad de las interacciones fluido-fluido y las interacciones fluido-sólido propiamente dichas, las cuales dependen, a su vez, del tipo de fluido y del tamaño de los poros. Uno de los hallazgos más interesantes se basó en resultados previos que indicaban que era posible la adsorción de moléculas de gases más grandes que las ventanas existentes entre cavidades. Siguiendo este indicio, los científicos demostraron de forma experimental la flexibilidad estructural de la infraestructura de las ZIF debida a variaciones en los ligandos imidazolato que dan lugar a la ampliación de las ventanas de los poros. Además, el equipo del proyecto caracterizó este efecto en relación con la adsorción de distintos gases relacionados con la energía. El desarrollo de nuevas ZIF, la caracterización detallada de sus características de adsorción y la demostración de la flexibilidad estructural podrían tener un efecto positivo sobre el almacenamiento de gases para usos energéticos y para sistemas de captura de carbono.
