Estudio teórico de la formación de nanoestructuras de carbono sobre superficies de catalizadores

Abstract

En la presente tesis se ha realizado un estudio teórico de la formación de nanoestructuras de carbono sobre superficies de catalizadores empleando un método abinitio basado en la teoría DFT (VASP). Para caracterizar distintas formas de interacción entre los adsorbatos y los substratos, se han elaborado varios modelos de superficies y de nanopartículas. Se logró discernir la fase inicial en la obtención de átomos de carbono, a partir del estudio de la reacción de reformado de metano en seco, que luego constituirían las estructuras de carbono tipo grafeno. Una vez obtenido el carbono de la síntesis, se procedió a estudiar su adsorción sobre el substrato, considerando diferentes superficies con defectos y a distintos cubrimientos. Para poder comprender las particula-ridades que gobiernan el proceso de crecimiento del grafeno sobre Pd, se procedió a repetir el estudio sobre Pt y Ni por ser representantes de interacciones grafeno-metal con propieda-des completamente distintas. En este punto se procedió a completar el análisis con las monocapas de grafeno ya forma-das sobre el metal. Los resultados mostraron que las fuerzas de Van der Waals juegan un papel dominante en la adsorción de grafeno en Pd. Los resultados teóricos explican algunas de las particularidades encontradas con imágenes de Microscopia de Alta Resolución, como ser la deformación de las partículas de Pd, el crecimiento de grafeno paralelo a la superficie del metal y la disociación del grafeno de la partícula. Para finalizar vale mencionar que los resultados de espectros vibracionales en la adsorción de especies intermedias de la reacción (CHx, CO) muestran buen acuerdo con resultados experimentales de Espectroscopia Infrarroja.

In this theoretical thesis, ab-initio calculus have been performed in order to study the formation of carbon nanos-tructures on surfaces of catalysts by using a method based on DFT theory (VASP). To characterize different forms of interaction between adsorbates and substrates have been developed several models of surfaces and nanoparticles. We succeded in discern the initial phase in obtaining carbon atoms, from a study of the reaction of dry reforming of me-thane, which constitute the graphene-like carbon structures. Once the carbon is obtained from the synthesis, we procee-ded to study its adsorption on the substrate by considering different surfaces with defects and at various coverages. To understand the characteristics that govern the process of growth of graphene on Pd, we proceeded to repeat the study on Pt and Ni, in order to be representatives of graphene-metal interactions, with completely different properties. At this point we proceeded to complete the analysis of the graphene monolayer already formed on the metal. The results showed that the Van der Waals forces play a dominant role in the adsorption of graphene on Pd. The theoretical results explain some of the features found with images of High Resolution Microscopy, such as the deformation of the Pd particles, the growth of graphene parallel to the metal surface and the dissociation of graphene from the particle. To end, it is worth mentioning that the results of vibrational spectra on the adsorption of intermediates of the reaction (CHx, CO) show a good agreement with experimental Infrared Spectros-copy results.