Estudio teórico de nanopartículas de Pt soportadas sobre nanotubos de carbono: adsorción y disociación de agua

JOSÉ NUÑEZ; GUSTAVO DANIEL BELLETTI; FREDERIK TIELENS; PAOLA QUAINO

Congreso; 106° Reunión de la Asociación de Física Argentina; 2021

Asociación de Física Argentina

 El platino es ampliamente conocido por su alta actividad catalı́tica en reacciones de interés tecnológico y cientı́fico como la reacción de disociación de agua, la reacción de hidrógeno, entre otras. En este trabajo queremos hacer una contribución sobre el comportamiento de algunas estructuras que involucran al platino como catalizadores. A primera vista, este enfoque en el platino puede parecer extraño, ya que es un buen catalizador. Sin embargo, hay dos buenas razones para examinar el platino. En primer lugar, las nanoestructuras suelen incluir mucho menos de este metal precioso que los electrodos de material masivo, por lo cual las nanoestructuras pueden ser más económicas. En segundo lugar, aunque reacciones como la de hidrógeno y la de oxı́geno ocurren rápidamente en el platino, todavı́a parece haber margen para una mejora sustancial. En este contexto, una opción es el empleo de materiales con bajas proporciones de Pt soportados sobre sustratos carbonosos como los nanotubos de carbono (CNT), los cuales han mostrado interesantes propiedades que les permiten ser considerados materiales de soporte. Si bien la modificación de CNTs con Pt ha sido estudiada en diversos trabajos teóricos [1], ninguno presenta un análisis sistemático de la adsorción gradual de átomos de Pt sobre los CNTs, y la respuesta reactiva de estos materiales frente a ciertas reacciones de interés. En el presente trabajo se han utilizado métodos computacionales ab-initio para modelar la adsorción de átomos, dı́meros y trı́meros de Pt sobre CNTs de quiralidad (5,5), para estudiar la estabilidad, geometrı́a y magnetización total de estos sistemas. Además, su reactividad fue evaluada sistemáticamente a través de la adsorción y descomposición de moléculas de agua. Resultados preliminares indican que la adsorción de nanopartı́culas de Pt (átomo, dı́mero, trı́mero) sobre CNTs (5,5) es energéticamente favorable en todos los casos estudiados. El análisis geométrico muestra estructuras interesantes, que exhiben centros reactivos. La adsorción/disociación de agua fue investigada sistemáticamente sobre las zonas reactivas desde un punto de vista cinético y termodinámico. Nuestros resultados muestran que tanto el agua y las especies disociadas adsorbidas - H y OH - presentan afinidad por la nanoestructura de Pt frente al sustrato carbonoso. Además, se presentan estados de transición y energı́as de activación para la disociación del agua sobre las nanopartı́culas. Referencias [1] Chi, D. H.; Cuong, N. T.; Tuan, N. A.; Kim, Y.-T.; Bao, H. T.; Mitani, T.; Ozaki, T. Nagao, H. Electronic structures of Pt clusters adsorbed on (5,5) single wall carbon nanotube Chemical Physics Letters, 2006, 432, 213-217.