Investigadores de EE. UU. han producido una simulación realista de dinámica molecular de cómo las estructuras organometálicas (MOF) absorben agua.¹ “Casi puedes beber nuestro modelo de agua porque es muy realista”, bromea. Francesco Pisani, quien dirigió el estudio en la Universidad de California, San Diego. “Hay que confiar en las simulaciones porque están muy, muy cerca de la realidad”.

La recolección de agua de la atmósfera ha surgido como una estrategia potencial para abordar la escasez de agua dulce, especialmente en áreas alejadas de la costa. “Contar con un material que pueda capturar agua de la atmósfera, incluso en estos rangos de baja humedad, podría ser transformador”, comenta Pisani.

La gran superficie de los MOF y su amplia gama de propiedades sintonizables los convierten en materiales atractivos para recolectar agua atmosférica. Sin embargo, los estudios computacionales previos sobre la recolección de agua utilizando MOF a menudo no reflejan los resultados experimentales de manera realista. “Los principales desafíos de la simulación de agua en MOF son que el agua ingresa como gas, pero a medida que llena los poros, comienza a desarrollar un comportamiento similar al de un líquido e incluso de hielo”, explica Pisani.

Ahora, el grupo de Pisani ha demostrado cómo realizar simulaciones de dinámica molecular clásica utilizando una función de energía potencial que el equipo desarrolló llamada potencial de muchos cuerpos basada en datos de MB-pol puede abordar tales desafíos. Dice que los resultados del informe de simulación están mucho más cerca de los valores experimentales que los modelos anteriores y pueden “proporcionar información sobre lo que hace cada molécula de agua cuando entra en el poro”.

“El modelo MB-pol desarrollado por Pisani y sus colegas proporciona una excelente concordancia con la experimentación para una amplia gama de propiedades del agua”, comentó. Randall roncaEs experto en modelado MOF en la Universidad Northwestern de Estados Unidos.

El equipo de Pisani probó el modelo en Ni₂F₂BTDD (X = F, Cl, Br), un prometedor marco de intercambio de haluros metálicos² “Esto muestra el mejor rendimiento en el rango de humedad relativa del 20 al 30%”, dice Pisani. “Es un material organometálico capaz de absorber una gran cantidad de moléculas de agua en relación con la masa del material organometálico dentro de este rango de humedad”.

Descubrieron que el intercambio de átomos de haluro en níquel₂X₂BTDD dio como resultado tres MOF con diferentes propiedades y capacidades de absorción de agua. mientras ne₂F₂BTDD y NE₂CL₂BTDD absorbe más del 100% de su peso en agua con una humedad relativa del 32%, Ni₂R₂BTDD absorbe el 64% de su peso en agua a una humedad relativa del 25%; Uno de los mejores valores de absorción de agua jamás reportados.

Lo que es particularmente interesante es que el estudio encontró que “algunas propiedades, como la entalpía de adsorción, no siguen la tendencia del F, Cl, Br”, dice Snowr. “A partir del modelado a nivel molecular presentado aquí, el [researchers] pueden proporcionar información útil sobre estas tendencias inesperadas.

Pisani confía en que su modelo influirá en futuras investigaciones sobre materiales que recogen agua en la atmósfera. “Los experimentalistas pueden utilizar nuestros datos y asegurarse de que lo que vemos refleje exactamente lo que miden en el experimento”, explica. Esto debería ayudar a acelerar el desarrollo del material sin pasar por el proceso sintético, que puede llevar mucho tiempo y ser mucho más caro.