Adsorción y disociación de O2 en las aleaciones Pt-Co y Pt-Fe

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ciencias de la superficie Ciencias de la superficie.
• Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

• Comprender la actividad catalítica de los materiales a base de platino (Pt) es crucial para la tecnología de pilas de combustible.
• Alear Pt con otros metales o crear pieles de Pt puede modificar sus propiedades electrónicas y catalíticas.
• La Teoría Funcional de Densidad (DFT) proporciona un marco poderoso para investigar las reacciones superficiales.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la adsorción y disociación de oxígeno (O y O2) en Pt(3) Co y Pt(3) aleaciones de Fe y sus pieles de Pt.
• Para comparar la actividad catalítica de estos sistemas con las superficies Pt{111} bajo diferentes condiciones de deformación.
• Para dilucidar los factores electrónicos que rigen la unión y disociación del oxígeno para mejorar el diseño del catalizador.

Principales métodos:

• Autoconsistentes cálculos periódicos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT) utilizando el funcional GGA-PW91.
• Simulación de la adsorción de O y O2 y la disociación de O2 en (111) facetas de Pt(3) Co, Pt(3) Fe y sus capas de Pt.
• Comparación con las superficies Pt{111}, incluyendo una superficie estirada (comprimida) Pt{111}.

Principales resultados:

• Las energías de unión de O y O2 disminuyen en el orden: Pt{3) Co/Fe{111) > Pt{111) > comprimido Pt{111) ≈ Pt piel.
• La actividad reducida de las pieles Pt ((111) y Pt comprimidas se atribuye a que el centro de la banda d se aleja del nivel de Fermi.
• Se observó una correlación lineal entre las energías de estado de transición y estado final para la disociación de O2.

Conclusiones:

• Las pieles de Pt exhiben propiedades electrónicas alteradas (cambio de centro de la banda d) que afectan la adsorción de oxígeno y la reactividad.
• Las pieles Pt pueden ofrecer ventajas para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en las pilas de combustible a baja temperatura debido a la reducción del envenenamiento por O y la mejora de las tasas de reacción.
• La correlación lineal identificada proporciona una herramienta de cribado para el desarrollo de nuevos catalizadores de cátodo.