DESPLAZAMIENTO DE LA FRECUENCIA DE VIBRACIÓN DEL CO COMO HERRAMIENTA PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA SUPERFICIE DE TiO 2: ESPECTROSCOPÍA DE PRIMEROS PRINCIPIOS

P. G. LUSTEMBERG; D. A. SCHERLIS

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Introducción: El dióxido de titanio ha atraído el interés en la ciencia de materialespara su potencial uso en catálisis y fotocatálisis, recubrimientos y óptica, entre otras1.La estructura de la superficie desempeña un papel esencial en estas aplicaciones, y suprecisa caracterización puede ser una tarea dificultosa. La espectroscopia IR es unatécnica poderosa, ampliamente utilizada para caracterizar la estructura de la interfazde óxidos metálicos midiendo el desplazamiento de la frecuencia en algunos modos devibración de moléculas pequeñas que interactúan con la superficie. La molécula demonóxido de carbono ha sido adoptada para investigar la estructura de variassuperficies de óxidos metálicos y la frecuencia de vibración (v) es igual a 2143 cm-1 enla fase de gas. Al interactuar con la superficie de TiO2, las frecuencia se desplaza anúmeros de onda mayores (en el rango de 2175 a 2210 cm-1) 2,3 y ocasionalmente, seobservaron picos adicionales por debajo de la frecuencia de la fase gaseosa3 con uncorrimiento entre 10 y 30 cm-1.Objetivos: Estudiar la adsorción y frecuencia de vibración del CO en superficies deTiO2 (Rutilo (110) y Anatasa (101)) con y sin defectos, a partir cálculos de estructuraelectrónica (DFT) y de dinámica molecular bajo el método de Car-Parrinello. Elpropósito es interpretar los datos FTIR e identificar los defectos en las superficies detitanio, que sigue siendo una práctica ambigua y controvertida.Resultados: Se encontró un cambio de 36 y 35 cm-1 hacia mayores frecuencias devibración con respecto a la molécula de CO libre en las fases estequiométricas deRutilo (110) y Anatasa (101), respectivamente. En el caso de la superficie de Rutilo(110) en el límite de concentraciones de vacancias bajas se observa un cambiosimilar. A mayores concentraciones de defectos, la adsorción en sitios Ti3+ son másestables acompañado por un cambio descendente en la frecuencia. En el caso deAnatasa (101), se analiza el efecto de vacancias de oxígeno subsuperficiales,encontrando que la adsorción de CO en átomos de Ti pentacordinados sobre lasvacancias subsuperficiales se ve favorecida con respecto a los sitios de Ti4+ (7.25 vs6.95 kcal / mol), exhibiendo un cambio descendente en la frecuencia de vibración de20 cm-1.Conclusiones: Estos resultados proporcionan la base para evaluar cuantitativamenteel grado de reducción de las superficies de Anatasa y Rutilo a través de laespectroscopia IR, y al mismo tiempo permite la asignación de bandas característicasen el espectro de CO en TiO2 cuyo origen sigue siendo ambigua.Referencias bibliográficas1. Diebold, U. Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 532. Hadjiivanov, K. I.; Vayssilov, G. N. Advances in Catalysis 2002, 47, 307–507.3. Linsebigler, A.; Lu, G.; Yates, J. T. J. Chem. Phys. 1995, 103, 9438