Estudio teórico comparativo de la reacción de oxidación de CO sobre nanopartículas de Cu, Ag y Au y la superficie extendida de la cara (111)

G.S. OTERO; B. PASCUCCI; M. M. BRANDA; F. ILLAS; P. G. BELELLI

Villa Carlos Paz

Encuentro; NanoCórdoba 2012; 2012

NanoCórdoba 2012

El CO, uno de los productos de la combustión incompleta, puede resultar peligroso para la salud al reducir la llegada de oxígeno a órganos vitales, y en niveles muy altos puede causar la muerte. Los motores de combustión interna de los automóviles emiten monóxido de carbono a la atmósfera por lo que en las áreas muy urbanizadas tiende a haber una concentración excesiva de este gas. En este trabajo se estudiaron las propiedades electrónicas, geométricas y reactivas de nanopartículas de Cu, Ag y Au mediante un modelado teórico. En particular se evaluó la reacción de oxidación de CO a CO2 catalizada sobre nanopartículas de Cu, Ag y Au formadas por 19 átomos. Luego fueron comparados dichos resultados con los obtenidos para la misma reacción sobre la superficie regular de cara (111). El sistema molécula/sólido fue estudiado utilizando el paquete comercial VASP (de condición periódica) dentro del formalismo de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). La interacción entre los electrones del core y los de valencia fue descripta por el método PAW (Projector Augmented Wave) y los efectos de correlación e intercambio fueron descriptos mediante la Aproximación del Gradiente Generalizado (GGA) usando el funcional de Perdew?Wang (PW91). La geometría de las nanopartículas fue optimizada permitiendo la relajación completa de todos los átomos y en la superficie (111) se relajaron las capas más externas. En primer lugar se estudió la co-adsorción de CO y O en todas las combinaciones de sitios posibles tanto en la superficie como en las nanopartículas, luego se realizó la optimización geométrica de la molécula de CO2 adsorbida en todos los sitios. Los resultados teóricos obtenidos indican que las superficies (111) de Cu, Ag y Au son muy reactivas frente a la co-adsorción de CO y O, siendo el orden de reactividad: Cu > Ag > Au. Para las tres superficies metálicas encontramos estructuras estables con configuraciones CO(B)O(FCC), para dos, Ag y Au, también la configuración CO(FCC)O(B) y sólo para la superficie de Au, CO(HCP)O(B). Luego de la co-adsorción es altamente probable la posterior oxidación de la molécula de CO, siendo en este caso la reactividad Au > Ag > Cu. Por último, y considerando los bajos valores obtenidos para las energías de adsorción de CO2, se puede concluir, que luego de la adsorción de CO y O en la superficie metálica es altamente probable la oxidación y posterior desorción de la molécula de CO2.