Adsorción de sulfuro de carbonilo sobre vacancias de nanotubos de carbono de pared simple dopados con Pt: Estudio DFT

ALEJANDRO GONZÁLEZ FÁ; VALERIA ORAZI; PAULA JASEN; JORGE MARCHETTI; IGNACIO LÓPEZ CORRAL

Buenos Aires

Encuentro; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados NANO2019; 2019

Comisión Nacional de Energía Atómica, Instituto Nacional de Tecnología Industrial

El sulfuro de carbonilo es uno de los compuestos volátiles azufrados (VSC) más abundantes en la atmósfera. Si bien existen fuentes de emisión naturales, especialmente por actividad volcánica, genera una gran preocupación la contaminación antropológica, originada por combustión de compuestos fósiles y en procesos de fumigación, entre otros. Este compuesto presenta serios riesgos para la salud humana, siendo irritante para la piel, ojos y pulmones, además de causar migrañas y trastornos gastrointestinales [1].Con el fin de evaluar potenciales materiales sensibles aptos para su detección, se estudió la adsorción de sulfuro de carbonilo sobre nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) de quiralidad (8,0), los cuales presentan propiedades eléctricas adecuadas para sensado [2]. Asimismo, se introdujeron monovacancias sobre la superficie de los SWCNTs, con el objeto de aumentar la sensibilidad respecto a este gas. El análisis se llevó a cabo por medio de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) aplicando el código Vienna Ab initio Simulation Package (VASP). Se incluyeron fuerzas de van der Waals a través del funcional vdW-DF, aplicado previamente para describir sistemas similares [3].En una primera etapa se analizó la interacción del gas sobre la monovacancia del SWCNT, dando como resultado la ruptura de la molécula. En consecuencia, en un segundo estudio, se doparon las vacancias del nanotubo con átomos de platino. Se evaluaron nueve configuraciones de adsorción del sulfuro de carbonilo en mediaciones de la decoración. Como resultado de la optimización geométrica, se obtuvieron cuatro geometrías finales, de las cuales dos de ellas resultaron ser las más favorables energéticamente, con un valor de energía de adsorción de -4,12 eV, siguiéndoles, en orden de estabilidad, configuraciones con -3,97 eV y -2,89 eV. Se comprobó que, en todos los casos, la adsorción involucra al átomo de platino del nanotubo y a los átomos de azufre y carbono de la molécula, sin existir, en ninguna de las geometrías finales alcanzadas, interacción alguna entre el oxígeno y el SWCNT dopado.Por otra parte, el estudio de las Densidades de Estado (DOS) de estos sistemas mostró un cambio significativo en la energía de gap del nanotubo dopado al interactuar con el sulfuro de carbonilo, pasando de 0,496 eV a 0,643 eV (~30%). Por lo tanto, puede asumirse que la adsorción del gas afecta notoriamente la conductancia del material, variación que puede utilizarse como señal analítica. Los resultados obtenidos sugieren que el material propuesto podría aplicarse en forma óptima a la adsorción y posterior detección de sulfuro de carbonilo.