Evaluación teórica de la interacción y posible detección de trifluoroacetonitrilo con láminas de nitruro de aluminio

ALEJANDRO GONZÁLEZ FÁ; ROMINA LUNA; JULIÁN JUAN; JORGE MARCHETTI; ALFREDO JUAN; IGNACIO LÓPEZ CORRAL

Bahía Blanca

Congreso; 108° Reunión Anual de Física 2023; 2023

Universidad Nacional del Sur

El trifluoroacetonitrilo (CF3CN) es un gas tóxico que puedeproducirse en equipos de medio y alto voltaje por descomposición del gasaislante heptafluorobutironitrilo (C4F7N), bajocondiciones anómalas de descarga. Por consiguiente, es posible identificarrápidamente fallas en estos equipos a través de la detección de CF3CNmediante sensores apropiados. En particular, en los últimos años se han empleadocon éxito nanomateriales bidimensionales tipo grafeno tanto para adsorber comopara detectar gases, gracias a su elevada área superficial y conductanciaeléctrica sumamente sensible al entorno gaseoso.En el presente trabajo se aplicaron métodos basados en la Teoría delFuncional de la Densidad (DFT) con la finalidad de evaluar la posibilidad de detecciónde CF3CN mediante láminas de nitruro de aluminio (AlNNS). Loscálculos se realizaron a nivel GGA-PBE y vdW-DF, a través del código Vienna Ab initio Simulation Package(VASP). En primer lugar se modelaron diversas geometrías de adsorción de lamolécula CF3CN sobre slabsperiódicos de AlNNS prístino y provisto de vacancias, y a continuación seevaluaron los cambios en las propiedades electrónicas y magnéticas de cadasuperficie como consecuencia de la adsorción del gas.Los resultados de la optimización geométrica sugieren una escasa interaccióndel CF3CN con la superficie prístina, pero por el contrario la presenciade vacancias, tanto de aluminio (vAl) como de nitrógeno (vN), conduce a procesosde quimisorción caracterizados por valores de energías de adsorción de 2 a 3 eV,y por la formación de enlaces Al—N entre la molécula y la superficie. En el caso de vN-AlNNS es posibleademás una interacción disociativa en la que se rompe un enlace C—F del CF3CN y elátomo de F liberado se une a un átomo de Al de la superficie. Las curvas dedensidad de estado obtenidas muestran una disminución de »7% en el valor de band gap de vAl-AlNNSen presencia del gas, mientras que dicho parámetro se incrementa entre 18 y 20%en el caso de vN-AlNNS. Por otro lado sólo se obtuvieron variacionessignificativas en el momento magnético de la superficie cuando la quimisorciónocurre sobre vN. Finalmente se registraron variaciones importantes en lafunción trabajo, cercanos a 0,4 y 0.6 eV para vAl-AlNNS y vN-AlNNS,respectivamente, una vez producida la adsorción del gas. Estos resultados sugieren que la inducción de vacanciasen AlNNS permite aumentar su capacidad de interacción con CF3CN,originando cambios significativos en las propiedades del material que podríanpermitir la detección del gas con adecuada sensibilidad.