Interacción de partículas de Au con FeOOH(110): Estudio DFT

FUENTE S.; BELELLI P.; FORTUNATO L.; M. DENNEHY; C. LUENGO; FERULLO, RICARDO

Santa Fe

Congreso; XXIII Congreso Iberoamericano de Catálisis; 2012

Federación Iberoamericana de Sociedades de Catálisis (FISOCAT) y Sociedad Argentina de Catálisis (SACat)

Introducción: Las particulas de Au de solo unos pocos atomos soportadas en superficies de oxidos son de gran interes como sitios activos en catalizadores heterogeneos. La interaccion de estas particulas con el soporte puede modificar su actividad quimica. La goethita (FeOOH) es un oxohidroxido de hierro usado como adsorbente y como soporte de catalizadores [1, 2]. En esta presentacion  estudiamos la estructura geometrica y electronica de particulas de Au4 y Au5 en la cara (110) de la goethita usando un metodo periodico DFT (density functional theory).Modelo del sistema: Los calculos fueron realizados usando el funcional PW91 implementado en el paquete de calculos VASP. Se uso una celda de (1x2) para la adsorcion de atomos aislados de Au, y una de (1x3) para la interaccion con Au4 y Au5. La superficie de goethita (110) expone cuatro diferentes grupos hidroxilos y un solo tipo de oxigeno superficial. Aqui solo haremos mencion a los que resultaron mas activos frente al Au. Llamaremos OI al anion perteneciente al hidroxilo ligado a solo un ion hierro (μ1-OIH), y OIII al ion oxigeno superficial unido a tres iones hierro (μ3-OIII). Respecto del Au, llamaremos AuI al unido con OI, y AuII al unido con OIII (Figura 1).Resultados y Discusión: En primer termino se estudiaron los sitios mas favorables de la superficie del oxido para la  adsorcion de un atomo de Au. Se encontro que el mismo adsorbe preferentemente sobre los ya mencionados OI y OIII, con energias de adsorcion de -0.74 y -0.63 eV, respectivamente. Las distancias Au-O resultaron ser 2.265 Ǻ sobre OI, y 2.407 Ǻ sobre OIII. Al ubicar cuatro atomos de Au cercanos entre si, dos en OI y dos en OIII, como geometria de partida, se obtuvo la geometria optimizada representada en la Figura 1. La particula de Au4 enlaza con el OI del soporte quedando la misma con una estructura planar similar a la misma en estado libre. Cabe destacar que la distancia Au-OI de 2.141 Ǻ (Tabla 1) es mas corta que cuando un solo atomo de Au esta ligado al mismo atomo de O. Existe una leve transferencia de carga del soporte a la particula de Au4 quedando esta con una carga de -014e. El atomo de Au directamente ligado al soporte es el que tiene mayor carga positiva (0.23e). Al colocar un quinto atomo cercano al OIII se obtuvo la geometria representada en la Figura 1, con un atomo metalico ligado a OI y otro al OIII, perdiendo la planaridad que poseia la particula de Au4. Las distancias Au-O sonambas mas cortas que para el caso atomico. La transferencia de carga del soporte al Au5 es similar al caso anterior, con el atomo de Au unido a OI con la mayor carga positiva (0.19e). Por otro lado, el spin de Au5 pasa de 1 en estado libre a 0.47 cuando esta soportado.Importancia: Las particulas de Au4 y Au5 enlazan fuertemente a la superficie de FeOOH(110) con energias de adsorcion de -1.50 y -1.11 eV, respectivamente. La transferencia de carga del soporte al metal es relativamente baja. La particula de Au5 se ancla a la superficie a traves de dos de sus atomos con sendos oxigenos del soporte, uno de ellos perteneciente a un OH superficial.