Estudio teórico de catalizadores modelo de Fe-Ni para la activación de CO2

ANA ROSSI FERNÁNDEZ; LUIS G. AQUINO LINAREZ; LORENA MEIER; ZUBIETA, CAROLINA E.; FUENTE, SILVIA A.; BELELLI, PATRICIA G.; FERULLO, RICARDO M.

La Plata

Congreso; XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2021

UNLP

La presencia de dióxido de carbono en la atmósfera es uno de los problemas ambientales más serios ya que es el principal componente del efecto invernadero. Esto ha motivado el desarrollo de materiales que permiten la captura y posterior utilización de CO2. Un tipo de catalizador utilizado para tal fin ha sido el sistema Ni-Fe, formado por Fe como metal de base y Ni como dopante1). Nuestro objetivo es determinar el efecto que produce la presencia de Ni en la activación del CO2, que favorecería la posterior ruptura de uno de sus enlaces C-O. Para el estudio se utilizó un método químico-cuántico basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT) implementado en el código VASP. La superficie de Fe(100) se modeló a partir de una celda con seis capas y el efecto del Ni fue evaluado de dos maneras: I) sustituyendo un átomo de Fe por uno de Ni en la primera capa, y II) adicionando al Ni como adátomo sobre la superficie de Fe(100). Se obtuvieron los correspondientes perfiles de energía de la reacción de ruptura del enlace C-O comparados con la reacción sobre Fe(100). Las geometrías I y II de la superficie bimetálica presentaron energías de adsorción menos estables que sobre Fe(100): -0.79 eV (I) y -0.49 eV (II) (-1.01 eV para Fe). La energía de activación para la ruptura del enlace C-O resultó ser 0.58 eV para Fe puro. En el caso I, la barrera aumenta a 0.85 eV, aunque la reacción es 0.33 eV más exotérmica que en Fe(100). Para el caso II, la barrera es aún mayor (1.01 eV) e igual de exotérmica que en el caso I. Ambas geometrías del sistema Ni-Fe permitieron la activación de CO2 aunque en diferente grado, ya que en la situación I la activación de uno de los enlaces C-O fue mayor con respecto a II (1.34 Å vs 1.26 Å). Para Fe(100) puro la misma fue de 1.35 Å (la distancia C-O calculada en CO2 libre es de 1.18 Å)