Estudio DFT de SWCNT (8,0) decorado con metales de transición para el sensado de CO y NO

MAURO PATRIGNANI; JULIÁN ANTONIO VILLARREAL MURÚA; PAULA VERÓNICA JASEN; OSCAR AMADEO NAGEL; CARLA ROMINA LUNA; WALTER REIMERS

Bahía Blanca

Congreso; XXII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2023

INQUISUR, CONICET-UNS

La quema de combustibles fósiles debida a la actividad de las industrias pesadas es lamayor fuente de emisión de gases tóxicos, tales como NOX y COX, a la atmósfera,representando una amenaza para la salud y el bienestar humano. El desarrollo desensores de gas para altas temperaturas (T >350º C) asegura un correcto control deestas emisiones así como también representará un aporte significativo a la eficienciaenergética [1]. Por ello, en este trabajo se analizan las propiedades fisicoquímicas delSWCNT (8,0) prístino y dopado con metales de transición (MT: Fe, Sc, Cr y Ni),estudiándose la adsorción de las moléculas diatómicas CO y NO sobre los mismos parasu sensado.Los cálculos fueron implementados utilizando el paquete VASP, el cual se basaen la Teoría del Funcional de Densidad (DFT) [2]. Se consideraron cálculos de espinpolarizados con un potencial de intercambio y correlación PBE-GGA, junto con unconjunto de base de onda plana implementando el proyector de base aumentada(PAW). Se usó una celda de Monkhorst-Pack de 1x9x1 y una energía de corte de 700eV. Para las interacciones de Van der Waals se consideró el método DFT-D2 deGrimme. El SWCNT (8,0) se modeló en una supercelda de 20.00 Å x 8,65 Å x 20,00 Å ,la cual contiene 64 átomos [3] .Los resultados muestran que la adsorción de los MT considerados es un procesotermodinámicamente favorable. Los metales producen una redistribución electrónicaen el nanotubo favoreciendo la adsorción de CO y NO; es decir la incorporación de MTproduce una mejora en la adsorción de estas moléculas. En la Figura 1 se ilustra, porejemplo, la adsorción de CO y NO en SWCNT decorado con Ni. La temperatura óptimade sensado (Tc) del sistema MT-SWCNT obtenida es, en el caso de CO, de -73 °C paraSc y Cr; y de 351 °C, aproximadamente, para Fe y Ni, siendo estos dos últimos los quepresentan, además, una mejor sensitividad. Para el caso de NO, se obtiene una Tc dealrededor de 1126 °C para todos los decorados, y el Ni, es el que presenta una mejorsensitividad a esta molécula.Por ello se propone el decorado de Fe y Ni como potenciales candidatos para serutilizados en el sensado de CO y NO, debido a su bajo costo respecto a otros metalescomo Sc, Pd y Rh. Con este estudio se pretende brindar un aporte al uso de SWCNTdecorado con metales de transición como posible sensor de los gases CO y NO.