Modelado teórico de fotocatalizadores basados en BiOX

SCHVVAL A B; MORGADE CECILIA; DURAN ALVAREZ C; FUENTE ; CABEZA G F

Córdoba

Congreso; 106° Reunión Anual de Fisica; 2021

Asociación Física Argentina

Losmateriales fotocatalizadores prometen un amplio campo de aplicación en procesosde decontaminación de aguas residuales, purificación del aire y producción deenergía limpia a través de la separación del agua en H2 y O2entre otros. Los oxihaluros de bismuto (BiOX (X = F, Cl, Br, I) son compuestossemiconductores ternarios, los cuales presentan una alta actividad fotocatalíticabajo radiación ultravioleta (UV) o visible. Son, a la fecha, los menosestudiados. Se consideran de importancia ya que presentan mayor actividadfotocatalítica que el TiO2, el cuál es el referente comercial másutilizado en el campo ambiental. Poseen excelentes propiedades eléctricas yópticas por lo cual se han convertido en una opción ideal como nuevosfotocatalizadores de luz visible [1].LosBiOX cristalizan en una estructura tipo matlockita, con capas de Bi2O2,intercaladas por una doble capa de átomos de halógeno. El objetivo principal deeste trabajo es realizar un modelo teórico de los mismos que se correlacionecon los estudios experimentales existentes, a través del cual se pueda analizarsu comportamiento como fotocatalizadores. Para representarlos se realizó unmodelo teórico-cuántico basado en la teoría del funcional de la densidad(DFT-D3) [2], el cuál considera la corrección de Grimme que tiene en cuenta lasfuerzas de Van der Walls. Se utilizó el paquete comercial VASP [3] y laaproximación de slabs pararepresentar superficies extendidas. Se focalizó en el modelado del bulk y lasuperficie (001) (por ser la más estable), para los 4 halógenos. Para loscálculos se utilizó el funcional de correlación e intercambio PBE y una energíade corte de 520 eV.Observando las energías totales de lasdiferentes terminaciones superficiales (X, O y Bi) para cada uno de loshalógenos que conforman los diferentes BiOX, se llega a la conclusión de que lassuperficies terminadas en halógeno son las más estables. Los enlaces tipopuente hidrógeno que existen entre los halógenos son los más débiles y fácilesde romper para generar dichas superficies. Analizando las densidades de estado(DOS) se puede concluir que el borde superior de la banda de valencia en todoslos casos es el mismo, el cual está relacionado con los potenciales deoxidación. El potencial de reducción está vinculado con el borde inferior de labanda de conducción, y se ve que en este caso el flúor es el más reductor.