ESTRUCTURAS PERIODICAS DE VACANCIAS EN SUPERFICIES DE CeO2

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

La Plata

Congreso; 102ª Reunión de la Asociación Física Argentina; 2017

La ceria (CeO2) se destaca entre los óxidos por su gran facilidad para absorber y liberar oxígeno mediante las transformaciones reversibles CeO2  CeO2-x  Ce2O3, que suceden en función de la temperatura y de la presión parcial de oxígeno. Debido a esta cualidad es ampliamente utilizada en aplicaciones catalíticas, es empleada también en sensores y en celdas de combustible basados en ceria, y existen propuestas para desarrollar nuevas aplicaciones como compuertas lógicas y dispositivos espitrónicos. El conocimiento y el control de la distribución de vacancias de oxígeno y de las cargas liberadas durante la formación de vacancias en la superficie de ceria es fundamental para la optimización y el desarrollo de estas aplicaciones, y especialmente de los procesos catalíticos. En este trabajo se presenta un estudio sistemático de las reconstrucciones de una superficie de ceria (111) conforme se incrementa la temperatura en ultra alto vacío, partiendo de CeO2 sin reducir y aumentando las condiciones reductoras hasta alcanzar la estequiometría Ce2O3 [1]. Mediante microscopía de fuerza sin contacto (NC-AFM) se observó la formación consecutiva de cinco estructuras periódicas diferentes, incluyendo una estructura con periodicidad (√7×3) que no fue reportada previamente. Empleando la teoría de la densidad funcional en su aproximación DFT+U se modelaron las estructuras de vacancias de oxígeno y de cationes Ce3+ compatibles con las imágenes observadas que son energéticamente más favorables. Se mostró que la nueva estructura (√7×3), a diferencia de la otras reconstrucciones obtenidas, no corresponde a una estructura bulk estable y sólo puede estabilizarse en una capa superficial delgada. Finalmente, empleando herramientas de la mecánica estadística, se explicó la estabilidad de las diferentes fases superficiales en función de la presión y la temperatura como así también la coexistencia de distintas fases en ciertos rangos de condiciones reductoras. References:[1] G. E. Murgida y M.V. Ganduglia-Pirovano, Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 246101.[2] G. E. Murgida, V. Ferrari, M. V. Ganduglia-Pirovano y A. M. Llois, Phys. Rev. B 90 (2014) 115120. [3] M. V. Ganduglia-Pirovano, G. E. Murgida, V. Ferrari y A. M. Llois, J. Phys. Chem C. (2017). En prensa.[4] R. Olbrich, G. E. Murgida, V. Ferrari, C. Barth, A. M. Llois, M. Reichling y M. V. Ganduglia-Pirovano, J. Phys. Chem C, 121 (2017) 6844.