IFISUR   23398
INSTITUTO DE FISICA DEL SUR
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Estudio teórico de las estructuras electrónicas de las superficies estequiométricas y reducidas de la titania
Autor/es:
C. I. N. MORGADE; G.F. CABEZA; N.J. CASTELLANI
Lugar:
Carlos Paz
Reunión:
Congreso; 97ª Reunión Nacional de Física; 2012
Institución organizadora:
Asociación Física Argentina
Resumen:
Este trabajo es parte de un estudio que involucra al óxido de titanio, en sus estructuras anatasa y rutilo, como fotocatalizador para la remediación de compuestos orgánicos tóxicos en disolución acuosa. La mayoría de los catalizadores en polvo de la titania son una mezcla de las fases anatasa y rutilo. Cada vez crece más la evidencia que la anatasa es más activa que el rutilo para muchas reacciones catalíticas. Ambas fases muestran diferencia de tamaño inherente a las partículas y esto puede causar algunas de las diferencias observadas en las propiedades químicas. Por lo tanto, con el objetivo de ganar un mejor entendimiento de los dispositivos basados en TiO2, es claramente importante obtener información a escala atómica de las superficies de anatasa bien caracterizadas. Las formas de los cristalitos varían con las técnicas de preparación y los procedimientos seguidos pero en general, los planos de las superficies (101) y (100)/(010) se hallan junto con alguna superficie (001). La correcta representación de la estructura electrónica es por ello fundamental. Ninguno de los potenciales de correlación conocidos hasta el momento, dentro del formalismo de la Teoría de la Funcional Densidad, reproducen bien el ancho de estas bandas. La inclusión del término U (coeficiente de Hubbard) actuando sobre los estados d del Ti, promueve la localización de exceso de carga electrónica con una distribución cualitativa que depende del valor de U. Nuestros resultados muestran una mejora considerable de la representación de las densidades de estado luego de un estudio riguroso del valor óptimo de este parámetro así como de los diferentes potenciales de correlación conocidos: GGA-PW91, GGA-PBE y LDA. En este trabajo presentamos los resultados obtenidos usando el código VASP y la aproximación LSDA+U de las distintas superficies (100), (001) y (101) de la anatasa y la (110) del rutilo por ser la más estudiada tanto teórica como experimentalmente. En todos los casos, a partir de un valor óptimo del U obtenido para ambas fases, calculamos la geometría óptima de las superficies considerando la relajación atómica, los valores de energía superficiales, las propiedades magnéticas y sus estructuras electrónicas a partir de sus densidades de estados. Interesantemente, nuestros resultados muestran que la energia superficial promedio de las diferentes superficies de anatasa es menor que la de la (110) rutilo, lo que explica que partículas nanoescópicas de TiO2 son menos estables en la fase rutilo. Paralelamente, y para completar este estudio, realizamos cálculos DFT también considerando la polarización de spin, de las superficies reducidas (110) del rutilo (donde fueron removidos los átomos de O dicoordinados junto con la relajación de las coordenadas) y la (101) de la anatasa por ser la termodinámicamente más estable. Experimentalmente, estas superficies reducidas son producto del calentamiento a altas temperaturas o bombardeo con electrones. En este trabajo presentamos las correspondientes densidades de estados junto con el análisis de los cambios observados en las bandas por la remoción de los oxígenos.