Adsorción de oxígeno atómico sobre diferentes superficies metálicas

ELIZABETH DEL VALLE GÓMEZ; MAXIMILIANO A. BURGOS PACI; M. CECILIA GIMÉNEZ

Bahía Blanca, Buenos Aires, Argentina.

Congreso; Taller regional de física estadística y sus aplicacions a la materia condensada (TREFEMAC).; 2014

Universidad Nacional del Sur.

INTRODUCCIONDebido a las limitaciones de los combustiblesfósiles, hoy en día se hace imprescindible elestudio de fuentes de energía renovables (como laeólica, la energía solar, etc.). Un rol muyimportante en la obtención y almacenamiento deestas energías lo cumplen las celdas decombustible. Las mismas consisten en lautilización del oxígeno y el hidrógeno molecular,para formar agua y obtener energía a partir dedicha reacción.El estudio de oxígeno e hidrógeno adsorbidosobre superficies metálicas es importante en lacomprensión de catálisis heterogénea yelectrocatálisis (Kolb et al., 1978; Bockris et al.,1974).La interacción de oxígeno con electrodos talescomo oro, plata, platino, complejos de metales detransición, han sido el foco de considerablesinvestigaciones debido a la importanciatecnológica en sistemas de conversión de energía(Alvarez-Rizatti et al., 1973).En el presente trabajo se realizan cálculosteóricos a nivel DFT para la difusión de oxígenoatómico sobre la superficie (100) de distintosmetales de transición.en un sitio ?hollow? del metal, minimizando lamisma con respecto a la coordenada vertical, en elcentro del mismo. Este procedimiento se repitiópara diferentes valores de la coordenada y, a lolargo del camino de reacción para pasar de un sitioal vecino, con el objetivo de calcular la energía deactivación y la frecuencia de vibración alrededordel mínimo y, de esta manera, estimar la velocidadde difusión del oxígeno en cada superficie 100,mediante la teoría de las velocidades absolutas.Fig. 1. Sistemas oxigeno sobre Ag(100) y Au(100).METODOLOGÍACada superficie monocristalina se modelómediante una lámina de 3 planos con 16 átomoscada una.Los cálculos DFT se realizaron empleando elprograma Gaussian03 (J. A. Pople et. al., 2003),utilizando el funcional híbrido B3LYP, enconjunto con las bases LanL2MB para los átomosde los metales de transición y 6-21G para el átomode oxigeno.Se calculó la energía de adsorción del oxígenoen un sitio ?hollow? del metal, minimizando lamisma con respecto a la coordenada vertical, en elcentro del mismo. Este procedimiento se repitiópara diferentes valores de la coordenada y, a lolargo del camino de reacción para pasar de un sitioal vecino, con el objetivo de calcular la energía deactivación y la frecuencia de vibración alrededordel mínimo y, de esta manera, estimar la velocidadde difusión del oxígeno en cada superficie 100,mediante la teoría de las velocidades absolutas.RESULTADOS Y DISCUSIONLa figura 2 muestra la energía de adsorción deloxígeno atómico sobre la superficie (100) de plata(calculada como la diferencia entre la energía delsistema Ag+O y el sistema Ag y el átomo de O).Se muestran cuatro curvas de energía en función dela coordenada z (perpendicular a la superficie): enel sitio hollow (arriba-izquierda); en el sitio bridge(arriba-derecha) y en dos valores de la coordenaday, cercanos al mínimo (abajo).La figura 3 muestra lo mismo para la superficiede Au. La figura 4 muestra la energía de adsorción(minimizada con respecto a z) en función de lacoordenada y para oxígeno sobre plata (arriba) yoro (abajo), a lo largo del camino de difusión de unsitio al vecino.La tabla 1 muestra la energía de adsorción (enel sitio hollow), la frecuencia, energía deactivación y velocidad de difusión de un sitio alvecino, para el oxígeno sobre las dos superficies(100) (de plata y de oro). Como se puede observar,las frecuencias son similares, pero la diferencia enla energía de activación determina una grandiferencia en las velocidades de difusión.CONCLUSIONESSe registra una menor velocidad de difusión deloxígeno en la superficie de plata respecto a lasuperficie de oro, siendo la diferencia de treceórdenes de magnitud.Los datos obtenidos de esta forma seráncomparados con datos experimentales.