Formación de estructuras en volumen de vacancias a partir de superficies de CeO2

G. E. MURGIDA; M. V. GANDUGLIA PIROVANO; A. M. LLOIS; R. OLBRICH; C. BARTH; M. REICHLING; M. V. GANDUGLIA PIROVANO

San Miguel de Tucumán

Congreso; 101° Reunión de la Asociación Física Argentina; 2016

Asociación Física Argentina

Entre los óxidos reducibles, la ceria (CeO2) se caracteriza por su gran capacidad para absorber, almacenar, transportar y liberar oxígeno mediante reacciones reversibles que son controladas por las condiciones reductoras de temperatura y presión de oxígeno. Esta habilidad para capturar y liberar oxígeno es la base de su extendido uso en procesos catalíticos, sensores y celdas de combustibles, entre otras aplicaciones. En todos estos casos la superficie de ceria juega un rol fundamental, y por lo tanto comprender y controlar la formación y el ordenamiento de vacancias en la superficie es necesario para optimizar estas aplicaciones.El objetivo de este trabajo es explorar todas las posibles superficies (111) de ceria reducida (CeO2−x) y predecir su estabilidad en función de la presión y la temperatura mediante el formalismo de la teoría de la densidad funcional, en su implementación DFT+U, en combinación con herramientas de la mecánica estadística. Luego de modelar las estructuras internas de las diferentes superficies observadas experimentalmente, mostramos que la DFT predice rangos de estabilidad similares a los observados. Notablemente, nuestros cálculos predicen la estabilización de lasuperficie en una estequiometría no reportada previamente, Ce3O5. Mostramos que dos de las fases superficiales observadas recientemente, 3x3 y  sqrt(3) x sqrt(3), pueden ser interpretadas como las terminaciones de una estructura bulk de Ce3O5 que es estable en capas delgadas sobre CeO2 sin reducir, pero que se vuelve inestable a nivel debulk.