Efecto en las propiedades electronicas de defectos puntuales y lineales en CeO2

WALTER REIMERS; C. ROMINA LUNA; HERNAN SEITZ; ALFREDO JUAN

CORDOBA

Congreso; 106 RAFA; 2021

UNC

Los defectos gobiernan en gran medida las propiedades electr´onicas y ´opticas de los materiales, particularmente de los ´oxidos. Los defectos ofrecen sitios potencialmente activos para la adsorci´on de ´atomos y/o mol´eculas, ya que sirven como centros de carga que controlan el car´acter donante o aceptor delmaterial. En la naturaleza los defectos m´as comunes son: defectos puntuales, e.g. vacancias, y defectos lineales. Para comprender la f´ısica y la qu´ımica de las superficies de ´oxidos se debe estudiar la variedad de defectos de la red. Es decir, se debe comprender los efectos de los defectos en las propiedades fisicoqu´ımicas de la superficie[1].El ´oxido de cerio (CeO2) posee una alta estabilidad t´ermica, es capaz de prevenir envenenamiento de catalizadores y posee una importante capacidad de almacenar ox´ıgeno. Por ello, CeO2 es actualmente utilizado en varias ´areas tecnol´ogicas ?amigables? con el medio ambiente, en cat´alisis, pilas de ´oxidos´olido y sensor de gases [2].En este trabajo se estudian vacancias de ox´ıgeno con estado de carga neutra(V O0) y positiva (V O+2) y ?escalones? en CeO2. Se analizan el efecto de estos defectos en el magnetismo, ancho de banda prohibida y funci´on trabajo. Se realizaron c´alculos utilizando la Teor´ıa del Funcional de la Densidad, DFT (GGA) implementada porel c´odigo VASP con un modelo peri´odico y una base de ondas planas [3]. La vacancia de ox´ıgeno en CeO2 (111) se modela quitando un ´atomo de ox´ıgeno en la capa superior de la superficie. El estado de carga q = +2 se simula removiendo 2 e− del sistema. Por otro lado, para el modelado del defecto tipo?escal´on? se utiliz´o el corte CeO2 (331).Los resultados obtenidos muestran un comportamiento semiconductor tipo p para los 4 sistemas en estudio. Las superficies CeO2 (111) y (331) tienen un valor de momento magn´etico de 0.1 μB. Se observa que la presencia de vacancias de ox´ıgeno en CeO2 (111) produce un incremento del mismo, siendo 0.9 μB y 0.8 μB para V O0 y V O+2 , respectivamente. El valor de banda prohibida para CeO2 (111) es de 2.215 eV. Cuando hay vacancia de ox´ıgeno neutra se observa una reducci´on del 58 %,mientras que para vacancia positiva la reducci´on es del 23 %. La superficie CeO2 (331) posee un valor de banda prohibida similar al del corte (111), el valor obtenido es de 2.06 eV. Finalmente, respecto a la funci´on trabajo la superficie CeO2 (111) tiene un valor de 6.76 eV y los defectos V O0 (6.07 eV) y ?escal´on? (5.38 eV) llevan una reducci´on de esta magnitud, mientras que V O+2 produce un importante incremento de la misma (12.8 eV). En este trabajo, se pudo observar que los defectos puntuales inducen un aumento en el valor del momento magn´etico. Por otro lado, se encuentra una reducci´on en el valor de banda prohibida, independientemente de la dimensionalidad del defecto.