Estudio computacional de la adsorción de fluoruro de carbonilo sobre nanosuperficies de nitruro de aluminio dopadas con boro

ALEJANDRO GONZÁLEZ FÁ; JORGE MARCHETTI; IGNACIO LÓPEZ CORRAL

Bahía Blanca

Encuentro; XXII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2023

INQUISUR (UNS-CONICET)

El fluoruro de carbonilo (COF2) es un gas tóxicoutilizado principalmente como agente de limpieza en equipos de deposiciónquímica de vapor y como intermediario en la síntesis de compuestos fluorados. Estecompuesto puede encontrarse además en cámaras de altovoltaje como producto de la descomposición de gases aislantescomo el hexafluoruro de azufre o el heptafluoroisobutironitrilo,en el caso de fallas por procesos de descarga parcial o sobrecalentamiento. Deesta manera, la detección de COF2 puede resultar de suma utilidad enla identificación temprana de inconvenientes en este tipo de equipamiento [1].Los métodos habituales para la detección de este gassuelen presentar algunas dificultades para el monitoreo en tiempo real, y amenudo requieren instrumentación compleja y costosa. Por tal motivo en lasúltimas décadas ha aumentado el interés en la implementación de sensores deestado sólido basados en nanomateriales apropiados, como por ejemplo lassuperficies de nitruro de aluminio (AlNNS), las cuales han demostrado excelentesresultados. Asimismo, el dopado de estos slabsha probado ser una buena estrategia para incrementar la reactividad en estetipo de nanomateriales [2].En este trabajo hemos estudiado la adsorción de COF2sobre AlNNS prístinas y dopadas con boro tanto sobre una vacancia de aluminio (AlNNS-vAl-B)como sobre una vacancia de nitrógeno (AlNNS-vN-B). De esta manera se obtuvieron3 tipos de superficies sobre las cuales se evaluó la adsorción del gas endistintas configuraciones. El análisis se llevó a cabo por medio de la Teoríadel Funcional de la Densidad (DFT) aplicando el código Vienna Ab initio Simulation Package (VASP). Se incluyeron fuerzasde van der Waals a través del funcional vdW-DF y se aplicó el método DDEC6 paraestudiar el solapamiento de enlace (OP), en forma similar a la efectuada entrabajos anteriores con otros analitos gaseosos [3].Los resultados obtenidos muestran que existe unafuerte interacción entre la superficie prístina y la molécula de COF2,con una energía de adsorción (Eads)de -2,19 eV. Durante la adsorción se produce la ruptura deun enlace C—F en la molécula y tiene lugar la formación de nuevos enlaces C—N,O—Al y F—N, con distancias menores a 2,10 Å. Por otra parte, el sistema COF2/AlNNS-vN-Bpresentó 2 geometrías estables, una de ellas con Eads de -3,44 eV y una disposición espacial muy similar a laalcanzada en el sistema COF2/AlNNS, con ruptura del enlace C—F en eladsorbato y la formación de nuevos enlaces C—B, O—Al y   F—N entre la molécula y la superficie. La segundaconfiguración estable COF2/AlNNS-vN-B presentó una Eads de -1,04 eV, dando lugara un enlace O—B de 1,52Å. Finalmente, no se alcanzaron procesos de adsorción favorablespara ninguno de los sistemas COF2/AlNNS-vAl-B estudiados. Losvalores de energía de adsorción, longitudes de enlace y OP obtenidos durante lainteracción de la molécula con las superficies AlNNS prístina y AlNNS-vN-B son característicosde procesos de quimisorción y sugieren que el nanomaterial propuesto podríautilizarse eficazmente como adsorbente y/o sensor de COF2 en equiposde alto voltaje.