Estudio DFT de la disociación de nitratos en superficies monometálicas y bimetálicas de Pd, Cu y Rh; con y sin defecto. Joana Bustamante, John Montoya| PhD. Silvia González| Ingeniería Química

Planteamiento del problema El incremento masivo de las distintas actividades humanas representa hoy en día la fuente de contaminación de los causes naturales y artificiales de agua. Industrias Agricultura Residuos Urbanos

MODELACIÓN DE SUPERFICIES Y VISUALIZACION iii. Metodología MODELACIÓN DE SUPERFICIES Y VISUALIZACION Materials Studio 4.4 (Modelación de Superficies) VMD versión 1.8.7 (Visualización de Superficies) MÉTODO COMPUTACIONAL Los cálculos con DFT están siendo desarrollados usando el código computacional VASP (Vienna Ab initio Simmulation Package) Las energías de intercambio y correlación están siendo estimadas usando la versión Perdew-Wang (PW91) de la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA, Generalized Gradient Approximation) Parámetros computacionales Energía de corte 415 eV. K-POINTS : (3x3x1)

Metodología Superficies con corte sin defecto Corte (100) 3x3 x4capas Espacio vacío 10Å Corte (100) 3x3 x4capas 36 átomos Corte (110) 3x2 x4capas 24 átomos Corte (111) 3x3 x4capas 36 átomos Slab periódico de 4 capas atómicas

MEtodología Superficies de corte con defecto Espacio Vacío 12Å 48 átomos Corte (577) 84 átomos Slab periódico de 3x1 x4 capas Atómicas

MEtodología

MEtodología Posición top (Dos variaciones ) Posición bridge (Dos variaciones )

MEtodología Posiciones top-bridge-3fold-4fold

Resultados (hasta el momento) Hasta la actualidad se ha obtenido diferentes resultados: Resultados Disociación Formación de NO2 Disociación Completa Formación de NO Desorción Completa de la Molécula de NO3 Adsorción Átomos de Oxigeno Na

Resultados (hasta el momento) Parámetros Iniciales 1,21 1,74 Distancias N-O O-Na N-Cu 1,21 1,74 1,75

Resultados (hasta el momento) Monometálicos con superficie sin defecto Nombre Descripción N-O1 N-O2 N-O3 N-Cu Energía Cu100bri1 Desorción 1,26 1,27 1,31 3,19 -1,047 Cu110bri1 1,32 2,87 -0,978 Cu110top1 1.24 1.27 1.33 2,93 -0,767 Pd100bri1 Adsorción 1.23 3.34 0.85 -16,19 Rh100bri2 1.22 1.34 3.46 0.87 -13,55

Resultados (hasta el momento) Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energìa Cu100_top1 1,29 1,27 3,95 -2,27 Cu110_bri2 1,25 1,32 3,9 -2,29 Cu111_bri2 1,26 3,39 -1,48 Cu111_top1 3,5 -1,42 Cu111_top2 1,17 2,26 2,31 -0,53 Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energía Rh100bri1 1,27 1,3 4,53 -2.75 Rh100_top2 1,22 2,91 3,25 -4.32 Rh110_top1 1,18 4,04 4,06 -4.45 Rh110_top2 1,23 3,05 3,12 -2.56 Rh111_bri1 1,24 1,35 -2.74 Rh111_bri2 1,25 1,34 3,2 -3.15 Rh111_top1 4,09 -3.75 Rh111_top2 3,61 4,35 -3.45 Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energía Pd100_top1 1,27 1,38 3,65 -1.83 Pd100_top2 1,25 3,66 Pd110_top2 1,26 1,29 -2.02

Resultados (hasta el momento) Bimetálicos con superficie sin defecto Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energia Rh111top1_1cu 4,51 1,27 -2,621336 Rh111top1_2cu 1,26 1,31 4,17 -2,717653 Rh111top1_3cu 4,66 1,29 -2,315962 Rh111top1_4cu 3,84 -2,30285 Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energia pd100top1_1cu_b 3,15 1,25 1,28 -1,797 pd100top1_1cu_c 3,87 -1,905 Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energia rh111top2_1cu 1,3 3,89 1,26 -2,484118 rh111top2_2cu 3,94 1,28 -2,314304 rh111top2_3cu 3,88 -2,185717 rh111top2_4cu 1,29 4,64 -2,567588

Resultados (hasta el momento) Nombre  Pd - O1 Pd - O2 Pd - O3 Pd - N N - O1 N - O2 N - O3 Na - O1 Na - O2 Na – Pd pd100nano3top1_1cu_b 1,89 2,94 2,19 2,07 3,15 1,25 1,28 2,21 2,3 3,17 2,21 1,25 3,15 1,28 1,89

Resultados (hasta el momento) Monometálicos superficies con defectos Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energía cu533_bri1 3.83 1.28 1.29 -1.8 cu577_3fold 1.21 3.53 2.49 -2.11 cu577_top3 1.26 4.09 1.3 -2.58 Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energía rh533_4f 1.37 2.04 1.24 -1.42 rh533_bri2 4.17 1.26 1.27 -2,99 rh533_top1 2.92 1.3 -3.16 rh533_top2 2.74 1.22 2.7 -3.07 rh577_3f_3 1.25 4.9 3.67 -4.17 rh577_bri1 1.35 3.25 -2.66 rh577_top1 1.23 -2.46 Nombre N-O1 N-O2 N-O3 Energía pd533_4f 1.22 3.82 3.53 -1.91 pd533_bri2 1.3 3.31 1.28 -1.75 pd533_top2 2.98 1.25 1.26 -1.86 pd577_3f_2 3.14 -1.28 pd577_top2 4.25 -1.54

Resultados (hasta el momento) Nombre N-O1 N-O2 N-O3 O1-Na O2-Na O1-Rh O2-Rh O3-Rh N-Rh Eads cu577_3f_3 1.25 4.9 3.67 2.4 2.31 2.99 1.97 2.03 2.04 -4.17 1,21 2,49 3,53 1,85 2,2 Cu577_nano3_3fold

Resultados (hasta el momento) Cu superficie 577 _3 fold Cu@Pd, superficie (100)

ConclusiONES Como han mencionado algunas bibliografías, la disociación de los nitratos no es muy favorable en las superficies monometálicas, por lo que se consiguió una disociación parcial del nitrato, que era la disociación de sodio y oxígeno, y en el mejor de los casos, pero mínimamente, la formación de NO. Se obtuvieron resultados más favorables en las superficies monometálicas con defecto, lo cual es más conveniente ya que en la experimentación se utilizan este tipo de superficies. Los resultados bimetálicos hasta ahora no son muy favorables, se pudo obtener una disociación parcial del nitrato en presencia de pocos átomos de cobre, porque al contrario al haber un exceso de átomos lo que obtenemos es la desorción de la molécula de nitrato lo cual indica que es necesario de un soporte para que se pueda dar la disociación completa

A futuro Optimizar la disociación de nitratos mediante soportes como Alúmina, carbón activo, rutilo entre otros. Utilizar Dinámica molecular para que nuestros sistemas sean más reales . Utilizar nanoparticulas para entrar a la era nanotecnológica

Gota a gota el agua se agota