Estudio de parámetros estructurales que influyen en la reactividad superficial de nanopartículas de TiO2

F. P. BONAFÉ; V. C. FUERTES; C. F. A. NEGRE; F. Y. OLIVA; C. G. SÁNCHEZ

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

ESTUDIO DE PARÁMETROS ESTRUCTURALES QUE INFLUYEN EN LA REACTIVIDAD SUPERFICIAL DE NANOPARTÍCULAS DE TIO2 Franco P. Bonafé1, Valeria C. Fuertes1, Christian F. A. Negre2, Fabiana Y. Oliva1, Cristián G. Sánchez3. Introducción: Los nanomateriales presentan una serie de propiedades muy diferentes al material masivo como resultado, entre otros factores, del aumento de la relación superficie-volumen. En particular, los semiconductores nanoestructurados han encontrado vastas aplicaciones en electroquímica, sensores y representan además un componente fundamental de las celdas solares (DSSCs). En estudios previos [1] se mostró la metodología de construcción de una serie de nanoesferas de TiO2 de diferente radio y estructura cristalina. Sus átomos superficiales fueron reordenados vía Monte Carlo Reticulado con posterior relajación de la geometría total seguida por una equilibración térmica a 300 K realizada por Dinámica Molecular. En el presente trabajo, se pretende evaluar los parámetros estructurales, tales como distancias de enlace, número de coordinación e índice de esfericidad, que puedan afectar la reactividad superficial de los clusters de TiO2 [2-5] en fase anatasa, rutilo y brookita de distintos tamaños. Resultados: Se realizó un análisis de la geometría de la superficie de los clusters mediante un código simple que permite aislar los átomos superficiales de las estructuras optimizadas y realizar un conteo de los átomos vecinos para evaluar los números de coordinación. Se evaluó la función de distribución de a pares g(r) para los enlaces Ti-Ti, Ti-O y O-O en los distintos polimorfos. Finalmente, se calculó la relación de aspecto (desviación de la esfericidad) para dichos clusters. Conclusiones: Se encontró que, al igual que en las superficies extendidas de TiO2, los clusters estudiados presentan un predominio de oxígeno bi- y tri-coordinado y de titanio tetra- y penta-coordinado. Por otro lado, a diferencia de las superficies de TiO2 masivo, se encuentra en los clusters aproximadamente un 15-20% de Ti superficial hexa-coordinado. La función de distribución de a pares muestra que las distancias de enlace Ti-O son similares a las que se encuentran en TiO2 masivo, mientras que las distancias Ti-Ti son ligeramente distintas entre los sistemas comparados. El cálculo de la relación de aspecto mostró que los polimorfos anatasa y brookita constituyen los clusters que más se desvían de la esfericidad. Referencias: [1] V.C. Fuertes, C.F.A. Negre, M.B. Oviedo, F.P. Bonafé, F.Y. Oliva, C.G. Sánchez; J. Phys.: Condens. Matter 25 (2013) 115304. [2] U. Diebold; Surf. Sci. Rep. 48 (2003) 53-229. [3] H. Dua, A. De Sarkar, H. Li, Q. Sun, Y. Jia, R. Zhang. J. Mol. Catal. A: Chem. 366 (2013) 163–170. [4] P.J.D. Lindan, N.M. Harrison, J.M. Holender, M.J. Gillan; Chem. Phys. Lett. 261 (1996) 246-252. [5] M. Posternak, A. Baldereschi, B. Delley; J. Phys. Chem. C 113 (2009) 15862.