Estudio teórico de las propiedades electrónicas y magnéticas de Pt depositado sobre Fe3O4(001) para futuras aplicaciones en electrocatálisis.

E. SCHULTE; H. F. BUSNENGO; P. ABUFAGER

Encuentro; IX Encuentro de Física y Química de Superficies y I Encuentro de Biología de Superficies; 2022

La magnetita (Fe3O4), el material magnético más antiguo conocido, continúa captando la atención de investigacionestanto teóricas como experimentales. Sus aplicaciones, son variadas y entre ellas se destaca su utilización en dispositivosespintrónicos, en biomedicina para la liberación controlada de drogas, biosensores, catálisis, etc1. Con el objetivo deexpandir la aplicabilidad de la magnetita en nanosistemas con funcionalidades específicas uno de los requisitosimprescindibles es el control de las propiedades estructurales, electrónicas y estabilidad de las superficies de losnanocompuestos. Es así que gran parte de las investigaciones recientes, se han centrado en la reconstrucción yestabilización de superficies de magnetita y su asociación con la estructura electrónica local. En particular, la superficiecomunmente estudiada es la Fe3O4(001), con terminación en hierro octaédrico (FeOct) y oxígeno, y una reconstrucción(√2x√2)R45∘. Dicha reconstrucción, inicialmente se explicó mediante un modelo de superficie polar de bulk truncado2, queluego fue reemplazado por la estructura SCV (subsurface cation vacancy)3, formada por vacancias de iones de FeOct en lasubcapa y un hierro intersticial adicional en la capa superficial de hierros tetrahédricos (FeTet). Se pudo demostrarexperimental y teóricamente que la SCV es estable a temperatura ambiente y en condiciones de ultra alto vacío4,5. Además,dicha superficie resulta estable en un amplio rango de potenciales químicos de O25, por ende, en los últimos años se laplanteó cómo un posible catalizador para reacciones electroquímicas, como por ejemplo la reacción de evolución deoxígeno (OER)4,5. Por otra parte, dicha superficie se caracteriza también por permitir inmovilizar átomos metálicosindividuales cómo Ag, Au, Pd3,6 que modifican las propiedades de la superficie. En este contexto, nuestro objetivo esestudiar, a partir de cálculos basados en la Teoría de la funcional Densidad y la aproximación termodinámica ab-initio, laspropiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de una superficie reconstruida SCV previa y luego de la deposiciónadatomos de Pt. Se analiza, además, la estabilidad de ambas superficies en distintas condiciones de temperatura y presiónde un reservorio de oxígeno. Por último, se presenta un análisis detallado de posibles órdenes de carga en una estructurade bulk de magnetita, estudio necesario para la correcta simulación de las superficies.Referencias1. Parkinson, G. S. “Iron Oxide Surface”. Surf. Sci. Rep., Vol. 71, No. 1, 272-365, 2016.2. Pentcheva,R., Wendler, F., Meyerheim, H. L., Moritz, W. Jedrecy, N. and Scheffler M., “Jahn-Teller Stabilization of a “Polar” Metal Oxide Surface:Fe3O4(001)”. Phys. Rev. Lett., Vol. 94, No. 12, 126101, 20053. Bliem, R., et al. “Subsurface cation vacancy stabilization of the magnetite (001) surface”. Science, Vol. 346, No 6214, 1215-1218, 2014.4. Righi, G., Fabris S, and Piccinin S. “Oxygen Evolution Reaction on the Fe3O4(001) Surface: Theoretical Insights into the Role of Terminal andBridging Oxygen Atoms”. J. Phys. Chem. C, Vol. 125, No. 34, 18752-1876, 2021.5. Grumelli, D., et al. “Electrochemical stability of the reconstructed Fe3O4 (001) surface”. Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 59, No 49, 21904-21908,2020.6. Bliem, R., et al. “Adsorption and incorporation of transition metals at the magnetite Fe 3 O 4 (001) surface”. Phys. Rev. B Condens. Matter, Vol.92, No 7, 075440, 2015.