Análisis por DFT de la adsorción de PET sobre ZnO y Co-ZnO

GALLEGOS, M.V.; FUENTES CYNTIA; REIMERS WALTER; ROMINA LUNA; DAMONTE, LAURA C.; JORGE SAMBETH; MARCHETTI JORGE; ALFREDO JUAN

La Plata

Congreso; 106 REUNIÓN DE LA ASOCIACIÓN FÍSICA ARGENTINA; 2021

El Polietilentereftalato (PET) por su naturaleza semicristalina se hace apto para la fabricación de fibras, películas, botellas, entre otros [1]. Por lo general, el PET se recicla por procesos mecánicos, térmicos y químicos. Mediante este último, es posible recuperar la materia prima de PET o producir nuevo material de reciclaje a partir de ella [2]. Por otro lado, los óxidos de metales de transición presentan una amplia gama de aplicaciones en diversos campos tecnológicos, desde aplicaciones en catálisis hasta su uso en la industria electrónica. Como catalizadores en la glicólisis, permite obtener un gran rendimiento de monómeros y la posibilidad de su reutilización [3]. La presencia de metal en el catalizador es de suma importancia, ya que es el responsable de activar al grupo carbonilo del éster de la cadena de PET para que se lleve a cabo la despolimerización [4]. En un trabajo de Fuentes y col. se encontró que el rendimiento de la glicolisis mejora usando ZnO+Co con respecto a los óxidos puros [5]. Se hizo un estudio DFT de adsorción de la molécula PET sobre la superficie de ZnO(111) y ésta dopada con Cobalto. Se estudiaron los sistemas ZnO puro (wurtzita) y dopado con 3 % de cobalto (ZnO+Co). En los sistemas ZnO+Co se reemplazaron cuatro átomos de Zn por Co en la capa I (ZnO+Co(I)); en la capa II (ZnO+Co(II)) y en ambas capas (ZnO+Co(I-II)). El PET aislado presenta un momento magnético de 2.0 B, mientras que la superficie ZnO (111) pristina posee un momento magnético de 1.0 B. La incorporación de Co como impureza sustitucional lleva a un incremento importante de respecto a la superficie pristina, independientemente de la localizaciones del Co dentro de ZnO. El valor obtenido es de aproximadamente 16.5 B. La adsorción de PET sobre ZnO y ésta dopada con Co, lleva a una disminución del momento magnético. En el caso de PET+ZnO se observa la ausencia del comportamiento paramagnético (=0). Para la adsorción de PET en ZnO+Co(I) ZnO+Co(II) y ZnO+Co(I-II) el comportamiento paramagnético se mantiene, con una leve disminución del mismo en el primer y último caso; sin embargo en el caso de PET adsorbido sobre ZnO+Co(II) la disminución del momento magnético es significativa (1.6 B). Finalmente, respecto a la energía de adsorción de PET sobre ZnO pristina se obtuvo un valor de - 8.2 eV. Cuandohay presencia de cobalto en la superficie, la adsorción de PET mejora energéticamente en el siguiente ordenZnO+Co(I-II) < ZnO+Co(I) < ZnO+Co(II), con los siguientes valores -5.1 eV < -4.2 eV < -3.8 eV, respectivamente.La molécula PET se adsorbe favorablemente tanto en ZnO pristina como dopado, Sin embargo, se observa que elCo como impureza sustitucional no mejora la adsorción de PET sobre ZnO. Por tal motivo actualmente se estáevaluando al cobalto como impureza intersticial.