Propiedades y Aplicaciones de Superficies Carbonosas Modificadas con Melem

FERNANDO R. PANTANO; MARIANA I. ROJAS

Bahía Blanca

Encuentro; XXII Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2023

Mediante simulaciones de primeros principios basados en la teoría de la funcional de densidad (DFT), empleando Quantum ESPRESSO con interacciones de Van der Waals, se estudió la adsorción de melem sobre grafeno y sobre terrazas de grafito. Melem es una molécula aromática de forma triangular compuesta por C, N e H, con grupos aminos (-NH2) en los vértices (ver figura). La molécula se ubica en posición paralela a la superficie, al igual que en el caso de la adsorción de melamina [1]. Se analizaron diferentes posiciones de adsorción de melem sobre la red panal de abeja de grafeno (g), grafito pirolítico altamente orientado (G), defecto Stone-Wales en grafeno (sw) o grafito (SW). En la posición preferencial, la energía de adsorción sobre g es -1,21 eV y sobre sw -1,50 eV, favoreciendo la mayor flexibilidad de la lámina defectuosa la adsorción. En término de probabilidades, la diferencia energética de 0,29 eV a 300 K, indica que la adsorción sobre un defecto es 70.000 veces más probable que sobre la lámina prístina, permitiendo lograr bajos cubrimientos de melem sobre grafeno con mayor facilidad que en el caso de melamina sobre grafeno [1]. Se analizó la interacción adsorbato/substrato a través de densidad de estados (DOS) y el nivel de Fermi de los sistemas no interactuantes e interactuantes. Además, la adsorción de melem sobre grafeno o grafito genera nuevas interfaces orgánico/orgánico con dipolo interfacial neto, debido a la transferencia de carga (ver figura). En la figura se muestran los diagramas de bandas a lo largo de los caminos de simetría Γ⟶M⟶K⟶Γ de la zona de Brillouin, para grafeno y melem/grafeno. Melem aporta nuevas bandas en la banda de valencia y de conducción, modificando las propiedades ópticas. Estos materiales carbonosos modificados con melem son útiles como catalizadores heterogéneos para la fijación de dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero. La presencia de los grupos aminos favorecen la captación del CO2 mediante interacciones puentes de hidrógeno (N-H--O), con energías de adsorción de [-0,21;-0,23] eV.