Estudio DFT de formación de vacancias de oxígeno en óxidos mixtos: Ce1-xZrxO2

OTERO, GUADALUPE SOL; M.G. ZIMICZ; PRADO, F.D.; LUSTEMBERG, PABLO; GANDUGLIA PIROVANO, M.V.

Bahía Blanca

Jornada; IX Jornadas Abiertas de Física; 2018

Universidad Nacional del Sur

Los óxidos mixtos del sistema CeO2-ZrO2 son de interés debido a su papel catalítico en laproducción de H2, reformado y oxidación parcial de hidrocarburos. Se ha demostrado que el dopaje delóxido de cerio con Zr mejora las propiedades redox y la estabilidad térmica del óxido. Una aplicacióntecnológica de este tipo de materiales es como electrodo de oxidación (ánodo) en celdas decombustible de óxido sólido de temperatura intermedia (IT-SOFC). Resultados anteriores indican queen la solución sólida de Ce1-xZrxO2 disminuyen los valores de energía de reducción del ?bulk?encomparación con los de la ceria pura1.Para comprender los motivos de esta mejora, hemos realizado un análisis sistemático de DFT + U2(Density Functional Theory con corrección de Hubbard) del ?bulk? y la superficie (111) del óxidoCe1-xZrxO2 con el código VASP3, 4. En particular hemos estudiado el sistema en el rango 0 ≤ x ≤ 0.2,que corresponde a muestras con estructura cúbica tipo fluorita. En un primer paso, hemos optimizadola posición de los átomos de Zr. Se calculó la energía superficial, para la superficie Ce1-xZrxO2 (111).Hemos encontrado que la estructura más estable no es con el Zr en la superficie, sino las tricapas másinternas de la superficie. Además, los resultados no muestran una preferencia energética por unadistancia específica entre los átomos de Zr, ni en la superficie ni en el ?bulk?, lo que indica unadistribución aleatoria de dopantes.Para entender los procesos involucrados en la reducción de óxido, hemos calculado las energías deformación de vacancias de oxígeno, su dependencia con la relajación de la red y la localización de losdos Ce3+ que se originan al quitar un átomo de oxígeno de la red.