Formación de capas grafíticas sobre catalizadores de paladio como consecuencia del reformado de metano

M. A. QUIROGA; G. F. CABEZA; M. D. SÁNCHEZ

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Universidad Nacional de Salta

Este trabajo es parte de un estudio más general que involucra el estudio del proceso de formación de materiales carbonosos nanoestructurados, en particular nanofibras de carbono (NFC) sobre catalizadores metálicos constituídos de partículas nanométricas de metal soportado utilizados en la reacción de reformado de metano con dióxido de carbono. Al presente contamos con información experimental obtenida por nuestro grupo sobre la formación y crecimiento de las fibras, originado a partir de la formación de capas grafíticas sobre la partícula metálica. En este trabajo presentamos los resultados obtenidos de la adsorción y absorción de C tanto sobre la superficie de un catalizador de Pd, como sobre el sistema grafeno/paladio, donde se incluyó la adsorción de un átomo de Pd. Para comprender la formación de estas capas grafíticas modelizamos la superficie de Pd(111) empleando una estructura periódica de 3 capas de átomos y 5 capas de vacío. El estudio de la adsorción se efectivizó usando superceldas con las moléculas adsorbidas en distintos sitios. Los cálculos teóricos realizados, dentro del formalismo de la densidad funcional (DFT), avalan la formación de capas grafíticas sobre catalizadores de Pd, en la reacción de reformado de metano. Producido el H2 como gas de síntesis, quedan átomos de carbono que se enlazan fuertemente a la superficie metálica, preferencialmente en sitios tricoordinados (Tabla I), con energías de -7,67 eV (cubrimiento de 0,25 MC) y -8,34 eV (0,17 MC, correspondiente a la superficie con una cadena monoatómica). Ante la presencia de nuevos átomos de carbono, éstos se sienten atraídos por los adátomos formando anillos que pueden enlazarse, con energías que rondan entre -1 eV y -4 eV, conformando una capa grafítica. Pudo también observarse que la presencia de una monocapa de grafeno adherida a la superficie Pd(111), disminuye la adsorción del carbono en un 74%, con respecto a la superficie sin grafeno (Tablas I y II). Se presentan dos posibles caminos de difusión del carbono con barreras de activación del orden de 0,7 eV a 2,7 eV según el camino y el cubrimiento. Se analizaron las curvas de densidad de estados donde se pudo ver una gran hibridización carbono/paladio.