DESCRIÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS SUPERFÍCIES PT(100) E PT(111) UTILIZANDO SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS DE PRIMEIROS PRINCÍPIOS BASEADAS NA TEORIA DO FUNCIONAL DA DENSIDADE
DOI:
https://doi.org/10.20873/uft.2359-3652.2017v4n3p91Resumo
Cristal de platina e suas superfícies são de grande interesse porque utilizadas em diferentes áreas tecnológicas e, recentemente, têm se destacado como catalisadores em células a combustível. Todavia, problemas desafiadores precisam ser sobrepujados para que a eficiência em geração de energia seja satisfatória e permita o uso em larga escala. A modelagem computacional é ferramenta útil para responder a questões fundamentais relativas aos processos de catálise nos dispositivos eletroquímicos. Apresenta-se aqui uma investigação sistemática de propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas do cristal e das superfícies de Pt(100) e Pt(111) empregando metodologia de primeiros princípios baseada na Teoria do Funcional da Densidade. Utilizou-se técnicas de espaço recíproco que permitiram a descrição da periodicidade destes sistemas aliada a um baixo custo computacional. A convergência de parâmetros de cálculos que devem ser ajustados para sistemas metálicos é discutida em detalhes. Estrutura cristalina, energia de coesão e propriedades eletrônicas para o cristal de Pt estão em excelente acordo com os dados experimentais e teóricos da literatura. Propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas das superfícies Pt(100) e Pt(111) são discutidas. Testes de convergência evidenciaram ser imprescindível o uso de fatias com pelo menos 06 camadas atômicas para a correta descrição computacional destas supefícies. A comparação com simulações computacionais da literatura ou resultados experimentais mostram que a metodologia é adequada à descrição da Pt e suas superfícies e o resultados apresentados podem ser úteis para nortear futuras simulações computacionais de sistemas mais complexos envolvendo este material.
Palavras-chave: Superfícies de Platina, Teoria do Funcional da Densidade, Estrutura Eletrônica.
Referências
GIANNOZZI , BARONI, P., S., BONINI, N., CALANDRA, M., CAR, R. , CAVAZZONI, C. , CERESOLI, D., CHIAROTTI, G. L., COCOCCIONI, M., DABO, I., DAL CORSO, A., DE GIRONCOLI, S., FABRIS, S., FRATESI, G., GEBAUER, R., GERSTMANN, U., GOUGOUSSIS, C., A. KOKALJ, M. LAZZERI, L. MARTIN-SAMOS, N. MARZARI, F. MAURI, R. MAZZARELLO, S. PAOLINI, A. PASQUARELLO, L. PAULATTO, C. SBRACCIA, S. SCANDOLO, SCLAUZERO, G., SEITSONEN, A. P. A. SMOGUNOV, P. UMARI e WENTZCOVITC , R. M.. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. Journal of Physics: Condensed Matter, v. 21, n. 39, p. 395502, 2009.
HOHENBERG, P. e KOHN, W. Inhomogeneous Electron Gas. Phys. Rev. B, v. 136, p. 864, 1964.
KOHN, W. e SHAM, L. J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlations Effects. Phys. Rev., v. 140, p. A1133, 1965.
KORTLEVER, R., SHEN, SCHOUTEN, J. K. J. P., CALLE-VALLEJO, F. AND KOPER, M. T. M.. Catalysts and Reaction Pathways for the Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide. J. Phys. Chem. Lett. v. 6, 4073, 2015.
KRUPSKI, K., MOORS, M., JÓŹWIK, P., KOBIELA, T. e KRUPSKI, A. Structure Determination of Au on Pt(111) Surface: LEED, STM and DFT Study. Materials, v. 8, 2935, 2015.
LI, M.-R., CHEN, J. AND WANG, G.-C.. Reaction Mechanism of Ethanol on Model Cobalt Catalysts: DFT Calculations. J. Phys. Chem. C, v. 120, 14198, 2016.
LOPES., P. P. Aproveitamento de etanol em células a combustível: eletrocatálise da reação de oxidação direta e da oxidação do hidrogênio contaminado por co obtido por sua reforma. Tese de Doutorado-USP, São Carlos, 2013.
MARZARI, N.; VANDERBILT, D. Thermal contraction and disordering of the Al(110) surface. Phys Rev. Lett., v. 82, p. 3296, 1999.
PERDEW, J. P., BURKE, K. e ERNZERHOF, M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Phys. Rev. Lett., v. 77, p. 3865, 1996.
SANTAROSSA, G. VARGAS, A., IANNUZZI, M., PIGNEDOLI, C. A., PASSERONE, D. e BAIKER, A.. Modeling bulk and surface Pt using the "Gaussian and plane wave" density functional theory formalism: Validation and comparison to k-point plane wave calculations. The Journal Of Chemical Physics, v. 129, 234703, 2008.
SHENG, T., LIN, W-F., HARDACRE, C. and HU, P.. Role of Water and Adsorbed Hydroxyls on Ethanol Electrochemistry on Pd: New Mechanism, Active Centers, and Energetics for Direct Ethanol Fuel Cell Running in Alkaline Medium. J. Phys. Chem. C v. 118, 5762, 2014.
SILVA, J. L. D.; STAMPFL, C.; SCHEFFLER, M. Converged properties of clean metal surfaces by all-electron first-principles calculations. Surf. Sci., v. 600, p. 703–715, 2006.
SINGH-MILLER, N. E.; MARZARI, N. Surface energies, work functions, and surface relaxations of low-index metallic surfaces from first principles. Phys. Rev. B, v. 80, p. 235407, 2009.
SKÚLASON, E. TRIPKOVIC, V., BJORKETUN, M. E., GUDMUNDSDÓTTIR, S., KARLBERG, G., ROSSMEISL, J., BLIGAARD, T., JÓNSSON, H., AND NØRSKOV, J. K.. Modeling the Electrochemical Hydrogen Oxidation and Evolution Reactions on the Basis of Density Functional Theory Calculations. J. Phys. Chem. C, v. 114, 18182, 2010.
WENDT, H.; GöTZ, M.; LINARDI., M. Tecnologia de Células a combustível l. Quím. Nova., v. 23, n. 4, 2000.
ZHAO, L., WANG, S., DING, Q., XU, W., SANG, P., CHI, Y., LU, X. AND GUO, W.. The Oxidation of Methanol on PtRu(111): A Periodic Density Functional Theory Investigation. J. Phys. Chem. C, v. 119, 20389, 2015.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1. Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Creative Commons Attribution License (CC BY-NC 4.0), permitindo o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria do trabalho e publicação inicial nesta revista.
2. Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3. Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto posterior ao processo editorial.
4. Além disso, o AUTOR é informado e consente com a revista que, portanto, seu artigo pode ser incorporado pela DESAFIOS em bases e sistemas de informação científica existentes (indexadores e bancos de dados atuais) ou a existir no futuro (indexadores e bancos de dados futuros), nas condições definidas por este último em todos os momentos, que envolverá, pelo menos, a possibilidade de que os titulares desses bancos de dados possam executar as seguintes ações sobre o artigo:
a. Reproduzir, transmitir e distribuir o artigo, no todo ou em parte sob qualquer forma ou meio de transmissão eletrônica existente ou desenvolvida no futuro, incluindo a transmissão eletrônica para fins de pesquisa, visualização e impressão;
b. Reproduzir e distribuir, no todo ou em parte, o artigo na impressão.
c. Capacidade de traduzir certas partes do artigo.
d. Extrair figuras, tabelas, ilustrações e outros objetos gráficos e capturar metadados, legendas e artigo relacionado para fins de pesquisa, visualização e impressão.
e. Transmissão, distribuição e reprodução por agentes ou autorizada pelos proprietários de distribuidoras de bases de dados.
f. A preparação de citações bibliográficas, sumários e índices e referências de captura relacionados de partes selecionadas do artigo.
g. Digitalizar e / ou armazenar imagens e texto de artigo eletrônico.