Modelado teorico de fotocatalizadores basados en BiOX

FUENTE S. A.; SCHVVAL, A. B.; DURAN ALVAREZ J CARLOS; CABEZA G. F.; MORGADE C.I.N

Congreso; 106a Reunión de la Asociación de Física Argentina 2021; 2021

Los materiales fotocatalizadores prometen un amplio campo de aplicacion en procesos de decontaminacion deaguas residuales, puricacion del aire y produccion de energa limpia a traves de la separacion del agua en H2 yO2 entre otros. Los oxihaluros de bismuto (BiOX (X = F, Cl, Br,I) son compuestos semiconductores ternarios,los cuales presentan una alta actividad fotocataltica bajo radiacion ultravioleta (UV) o visible. Son, a la fecha,los menos estudiados. Se consideran de importancia ya que presentan mayor actividad fotocataltica que el TiO2,el cual es el referente comercial mas utilizado en el campo ambiental. Poseen excelentes propiedades electricasy opticas por lo cual se han convertido en una opcion ideal como nuevos fotocatalizadores de luz visible [1].Los BiOX cristalizan en una estructura tipo matlockita, con capas de Bi2O2, intercaladas por una doble capade atomos de halogeno. El objetivo principal de este trabajo es realizar un modelo teorico de los mismos que secorrelacione con los estudios experimentales existentes, a traves del cual se pueda analizar su comportamientocomo fotocatalizadores. Para representarlos se realizo un modelo teorico-cuantico basado en la teora del funcionalde la densidad (DFT-D3) [2], considerando la correccion de Grimme que tiene en cuenta las fuerzas de Van derWalls. Se utilizo el paquete comercial VASP [3] y la aproximacion de slabs para representar supercies extendidas.Se focalizo en el modelado del bulk y la supercie (001) (por ser la mas estable), para los cuatro halogenos. Paralos calculos se utilizo el funcional de correlaci'on e intercambio PBE y una energa de corte de 520 eV. Observandolas energas totales de las diferentes terminaciones superciales (X, O y Bi) para cada uno de los halogenos queconforman los diferentes BiOX, se llega a la conclusion de que las supercies terminadas en halogeno son lasmas estables. Los enlaces tipo puente hidrogeno que existen entre los halogenos son los mas debiles y faciles deromper para generar dichas supercies. Analizando las densidades de estado (DOS) se puede concluir que el bordesuperior de la banda de valencia en todos los casos es el mismo, el cual esta relacionado con los potenciales deoxidacion. El potencial de reduccion esta vinculado con el borde inferior de la banda de conduccion, y se ve queen este caso el uor es el mas reductor.