Modelización y estudio de la adsorción de tolueno en mordenita dopada con sodio

Abstract

Se presentan resultados de cálculos teóricos de las energías de interacción, geometrías de enlaces, densidades de carga electrónica y modos de vibración del tolueno adsorbido en mordenita dopada con sodio. Los cálculos se basaron en técnicas de la teoría de la funcional densidad (DFT) utilizando los códigos fireball y gaussian. Se pudo obtener por primera vez una estabilización completa de cuatro modelos diferentes para la estructura geométrica y electrónica de la mordenita modificada. Para el cálculo de la energía de interacción se debió calcular primero la estructura sin sodios, luego con ellos y finalmente con el tolueno adsorbido en diferentes posiciones. Los resultados teóricos indican que la principal interacción del tolueno con la zeolita es entre los electrones "pi" del anillo aromático y la base de Lewis generada por la incorporación del catión a la que se suma también una interacción entre el grupo metilo con un sitio de oxígeno de la zeolita, que los picos principales de vibración del doble enlace del tolueno se corren a frecuencias menores y que uno de ellos directamente desaparece en la situación de adsorción. Estos resultados están en un todo de acuerdo con resultados experimentales previos obtenidos por el grupo de trabajo y por lo tanto se constituyen en una sólida base para progresar en el diseño de nuevos materiales con las condiciones de adsorción deseadas.

Theoretical calculations of binding energy, bonding geometries, electronic density of states and vibrational modes of toluene adsorbed on sodium-doped mordenite are presented. The codes fireball and gaussian based on Density functional Theory were used. An stabilization of the structure of four different models for the mordenite was reached for the first time. The results indicate that the main interaction of the toluene with the matrix is between pi-electrons of the aromatic ring and the Lewis basis which appears for the doping with cation. Besides, there is an important interaction between the methyl group with an particular oxigen of the structure. Regarding the vibrational modes, the main vibrations of the doble bond in the aromatic ring are shifted towards minor frequencies and one of them vanishes completely in the adsorption situation. All of the results are in very good agreement with the experimental data and, therefore, become a solid support for future investigations about the design of this new materials.