Transporte de agua en canales sub-nanométricos compuestos por nitruro de boro hexagonal: un estudio atomístico.

Abstract

En los últimos años, se ha demostrado que los materiales bidimensionales, como el nitruro de boro hexagonal (h-BN), poseen un potencial significativo para diversas aplicaciones, como generación de energía, desalinización y separación molecular, debido a sus propiedades de transporte de fluidos. En este estudio, se llevaron a cabo simulaciones de dinámica molecular para investigar la resistencia al transporte de agua en canales sub-nanométricos formados por h-BN, así como el efecto de la desalineación relativa entre las paredes del canal. Se crearon varios sistemas simulando el desplazamiento relativo entre la capa superior e inferior de los sólidos que conforman el canal. Estos canales consisten en dos capas de h-BN con una altura de 6.8 Å medida desde los centros de masa de las láminas interiores. En este trabajo, se llevó a cabo simulaciones de dinámica molecular utilizando potenciales específicos para modelar las interacciones intra e intermoleculares. Para la modelación intramolecular del h-BN, se utilizó el potencial Tersoff, que permite describir adecuadamente las interacciones entre los átomos de boro y nitrógeno dentro de las láminas de h-BN. Por otro lado, para modelar las interacciones entre las distintas láminas de h-BN y las interacciones entre el h-BN y el agua, se emplearon potenciales de Lennard-Jones (LJ). La combinación de estos potenciales específicos permitió obtener una descripción precisa de las interacciones dentro del sistema estudiado, capturando tanto las propiedades intramoleculares del h-BN como las interacciones entre las distintas especies presentes, como el agua. En resumen, este estudio investigó la resistencia al transporte de agua en canales sub-nanométricos formados por h-BN mediante simulaciones de dinámica molecular. Se encontró que el desalineamiento relativo de las redes de h-BN afecta significativamente el coeficiente de fricción, mostrando una anisotropía dependiente de la dirección del flujo. Se estableció una asociación entre los cambios en los valores calculados del coeficiente de fricción y la topología de la energía libre correspondiente para cada caso de desalineamiento. Los resultados sugieren que es posible manipular la resistencia al transporte de agua mediante la modificación de la composición del canal, lo que permite su aplicación en diversos campos de la ingeniería. Estos hallazgos contribuyen al avance del conocimiento en el diseño y desarrollo de canales conformados con materiales bidimensionales para aplicaciones relacionadas con el transporte de fluidos.