Aproximación in sílico a la adsorción de etanol, etanal y ácido etanoico en la superficie (001) Ni(OH)2 mediante dinámica molecular | In silico approachto etanol, etanal, and ethanoic acid adsorption in (001)Ni(OH)2 surface by molecular dynamics

La contaminación ambiental y el agotamiento de los combustibles fósiles han impulsado la búsqueda de fuentes alternativas de energía. Las celdas de combustible han ganado popularidad porque convierten directamente la energía química en energía eléctrica utilizable. Las celdas de combustibles alcalinas de etanol directo presentan cualidades prometedoras ya que pueden utilizar catalizadores diferentes a los metales nobles, disminuyendo su costo. Uno de los retos de esta tecnología es el diseño de nuevos catalizadores que aumenten la eficiencia de las celdas. El propósito de esta investigación fue utilizar los métodos de dinámica molecular, específicamente el programa AMS-REAXFF para determinar los coeficientes de difusión del etanol sobre una superficie β-Ni(OH)2 a diferentes temperaturas. Adicionalmente, se calcularon las energías de adsorción tanto del etanol como de sus productos de oxidación (etanal y ácido etanoico) sobre la superficie β-Ni(OH)2 a diferentes temperaturas. Los resultados obtenidos indican que el coeficiente de difusión del etanol aumenta proporcionalmente con la temperatura y el ajuste de mínimos cuadrados indica que cumple el modelo de Arrhenius. La energía de activación predicha es positiva, indicando la necesidad de suministrar energía al sistema para iniciar el proceso de difusión. De acuerdo con los resultados obtenidos para las energías de adsorción, la molécula de etanol presenta una menor afinidad hacia la superficie (001) del β-Ni(OH)2 en comparación con las moléculas de etanal y ácido etanoico respectivamente. Sin embargo, para el rango de temperaturas seleccionado (bajas temperaturas) la variación de la energía de adsorción se mantuvo dentro del mismo orden de magnitud.

Environmental pollution and the depletion of fossil fuels have prompted the search for alternative energy sources. Fuel cells have gained popularity because they directly convert chemical energy into usable electrical energy. Alkaline direct ethanol fuel cells have promising qualities because of their ability to use non-noble metal catalysts, lowering their cost. One of the challenges of this technology is the design of new catalysts that increase the efficiency of fuel cells. This research aimed to use molecular dynamics methods, specifically, the AMS-REAXFF program to determine the diffusion coefficients of ethanol over a β-Ni(OH)2 surface at different temperatures. Additionally, the adsorption energies of both ethanol and its oxidation products (ethanal and ethanoic acid) on the β-Ni(OH)2 surface at different temperatures were calculated. The results indicate that ethanol's diffusion coefficient increases proportionally with temperature, and the least squares fit indicates that it complies with the Arrhenius model. The predicted activation energy is positive, indicating the need to supply energy to the system to initiate diffusion. According to the results obtained for the adsorption energies, the ethanol molecule presents a lower affinity towards the (001) surface of the β-Ni(OH)2 compared to the ethanal and ethanoic acid molecules respectively. However, for the selected temperature range (low temperatures) the variation of the adsorption energy remained within the same order of magnitude.