Estudio DFT del sistema Al/grafeno

NICOLAS DOMANCICH; RICARDO M. FERULLO; NORBERTO J. CASTELLANI

Santa Fe

Congreso; XXIII Congreso Iberoamericano de Catálisis; 2012

Sociedad Argentina de Catálisis

Las partículas metálicas a nivel de la nanoescala constituyen sistemas con notables propiedades catalíticas. Recientemente se ha considerado el empleo de nanopartículas de Al como catalizador en el crecimiento epitaxial de nanohilos de Si y en la síntesis de polímeros biodegradables. Por otra parte la decoración de nanotubos de carbono (CNT) con Al es una alternativa en el desarrollo de detectores de gases. Un aspecto muy importante es asegurar el adecuado anclaje de dichas partículas sobre un soporte de estructura bidimensional como la de un CNT. En el presente trabajo se estudian teóricamente distintas alternativas para el anclaje de nanopartículas de aluminio Al sobre sitios regulares y defectos de una hoja de grafeno, como modelo de un sistema basado en carbono con hibridización sp2, para ser utilizado como soporte de catalizadores de Al nanoparticulados. Método: Los presentes cálculos se basan en la teoría del funcional de la densidad (DFT) y fueron implementados con el software Gaussian 03. Para la adsorción de un átomo de Al sobre los distintos sitios regulares de una hoja de grafeno se empleó un modelo basado en la molécula de circumcoroneno (C54H18). Para el anclado de un átomo de Al y de un dímero Al2 en una vacancia de C se empleó la molécula de circumpireno (C42H16), de la cual se extrajo un átomo central de C. Los cálculos se realizaron con el método híbrido B3LYP, a nivel no restringido de spin. También se realizaron cálculos comparativos empleando el funcional PBE. Resultados y Discusión: Se estudió primeramente la adsorción de un átomo de Al sobre los tres sitios de alta simetría de una hoja de grafeno: top, bridge y hollow. El método híbrido B3LYP no predice una adsorción exotérmica, al contrario del funcional PBE. Luego se estudió el proceso de anclaje de un átomo de Al en una vacancia de C. En la adsorción del átomo de Al sobre la vacancia, el átomo se ubica a una distancia de unos 1.4 angstrom de la hoja de grafeno. La interacción es notablemente más importante que en el caso de la adsorción sobre los sitios regulares, produciéndose una marcada deformación de la red alrededor del átomo de Al. Finalmente se estudió la adsorción de un dímero Al2 en el mismo defecto del grafeno. Se consideraron cinco posibles geometrías. Los cálculos siempre favorecen el estado de singlete frente a la del triplete. Se observó por lo tanto que es esencial la presencia de un defecto para poder fijar fuertemente una nanopartícula de Al sobre grafeno.