Study of diffusion of alkanes through punctually modified nanotubes.

Abstract

Esta tesis de investigación tiene como objetivo evaluar, mediante simulaciones de dinámica molecular, el proceso de difusión de alcanos lineales a través de nanotubos de carbono modificados en base al ajuste delos potenciales de van der Waals de algunos de los átomos del nanotubo. Para el diseño del sistema se utilizó Python 3.7, y las simulaciones de dinámica molecular fueron realizadas en NAMD 2.13. Nanotubos de pared simple (SWCNTs por sus siglas en inglés) rectos e infinitos fueron simulados mediante condiciones de frontera periódicas, y la adición de un termostato estocástico permitió el estudio de la difusión a través de poros cilíndricos infinitos tomando en cuenta las interacciones entre el alcano y las paredes del nanotubo. El comportamiento y distribución de los alcanos lineales dentro de los nanotubos fueron caracterizados mediante el estudio de sus ángulos dihedrales y centros de masa. Se evidenció la aparición de pares gauche-gauche’ energética y estéricamente menos probables que las conformaciones trans. El proceso de difusión de los alcanos lineales fue caracterizado mediante el cálculo de sus coeficientes de auto-difusión obtenidos a partir de su desplazamiento medio cuadrático (MSD por sus siglas en inglés).Las simulaciones con nanotubos no modificados mostraron coeficientes de auto-difusión en el orden de 10−9m2/s mientras que los nanotubos modificados mostraron variaciones en un gran rango en comparación con estos valores. El efecto sobre la variación de las interacciones de van der Waals (vdW) fue diferente para alcanos grandes y pequeños debido a la diferente influencia que tienen los cambios conformacionales en el proceso de difusión sobre estos. Como resultado o son favorecidos los procesos de adsorción sobre los átomos modificados en las paredes del nanotubo o son favorecidas las restricciones que éstos impusieron sobre los cambios conformacionales. Las diferencias registradas en la difusividad de los alcanos pueden indicar un nuevo camino en el diseño de dispositivos para separar alcanos basados en su tamaño.