Modelado te´orico de fotocatalizadores basados en BiOX

FUENTE SILVIA A; SCHVVAL, ANA B.; J. CARLOS DURAN ALVAREZ; CABEZA, GABRIELA F.; MORGADE, CECILIA I. N.

Congreso; 106° Reunión Anual de Fisica; 2021

Los materiales fotocatalizadores prometen un amplio campo de aplicaci´on en procesos de decontaminaci´on de aguas residuales, purificaci´on del aire y producci´on de energ´ıa limpia a trav´es de la separaci´on del agua en H2 y O2 entre otros. Los oxihaluros de bismuto (BiOX (X = F, Cl, Br,I) son compuestos semiconductores ternarios, los cuales presentan una alta actividad fotocatal´ıtica bajo radiaci´on ultravioleta (UV) o visible. Son, a la fecha, los menos estudiados. Se consideran de importancia ya que presentan mayor actividad fotocatal´ıtica que el T iO2,el cual es el referente comercial m´as utilizado en el campo ambiental. Poseen excelentes propiedades el´ectricas y ´opticas por lo cual se han convertido en una opci´on ideal como nuevos fotocatalizadores de luz visible .Los BiOX cristalizan en una estructura tipo matlockita, con capas de Bi2O2, intercaladas por una doble capa de ´atomos de hal´ogeno. El objetivo principal de este trabajo es realizar un modelo te´orico de los mismos que se correlacione con los estudios experimentales existentes, a trav´es del cual se pueda analizar su comportamientocomo fotocatalizadores. Para representarlos se realiz´o un modelo te´orico-cu´antico basado en la teor´ıa del funcional de la densidad (DFT-D3) [2], considerando la correcci´on de Grimme que tiene en cuenta las fuerzas de Van der Walls. Se utiliz´o el paquete comercial VASP [3] y la aproximaci´on de slabs para representar superficies extendidas. Se focaliz´o en el modelado del bulk y la superficie (001) (por ser la m´as estable), para los cuatro hal´ogenos. Para los c´alculos se utiliz´o el funcional de correlaci?on e intercambio PBE y una energ´ıa de corte de 520 eV. Observandolas energ´ıas totales de las diferentes terminaciones superficiales (X, O y Bi) para cada uno de los hal´ogenos que conforman los diferentes BiOX, se llega a la conclusi´on de que las superficies terminadas en hal´ogeno son las m´as estables. Los enlaces tipo puente hidr´ogeno que existen entre los hal´ogenos son los m´as d´ebiles y f´aciles de romper para generar dichas superficies. Analizando las densidades de estado (DOS) se puede concluir que el borde superior de la banda de valencia en todos los casos es el mismo, el cual est´a relacionado con los potenciales deoxidaci´on. El potencial de reducci´on est´a vinculado con el borde inferior de la banda de conducci´on, y se ve que en este caso el fl´uor es el m´as reductor.