Estudio de reacciones de interés catalítico sobre nanopartículas de Fe, Cu, Ag y Au

Abstract

La aparición de la computación desde hace cuatro décadas, y su incesante desarrollo, ha brindado el instrumento que permite la realización práctica de los cálculos de mecánica cuántica descriptos en esta tesis. El objetivo de este trabajo ha sido realizar un estudio teórico sistemático para evaluar la reactividad de nanopartículas de diferentes metales, formas y dimensiones frente a reacciones de interés catalítico, más específicamente para la eliminación de poluentes gaseosos. En particular, se estudiaron diferentes superficies y nanopartículas de Au, Ag, Cu y Fe, se analizaron características generales y su comportamiento frente a la adsorción de especies tales como CO, CO2, O2 y NH3 y a reacciones de deshidrogenación y oxidación. Los cálculos realizados en este trabajo fueron llevados a cabo con el programa comercial VASP, que es un paquete para el desarrollo de simulaciones ab initio de mecánica cuántica y dinámica molecular. La presente tesis cuenta con 8 capítulos; en primer lugar, una Introducción General donde se realiza un detallado reporte de todos los trabajos publicados relacionados con las reacciones aquí estudiadas, así también como el comportamiento de las nanopartículas metálicas como sustratos para otras reacciones. El Capítulo 2 consiste en una breve descripción de los métodos teóricos en los que se basan los cálculos desarrollados en este trabajo. El Capítulo 3 incursiona en los modelos estructurales que se utilizaron para simular las superficies y las nanopartículas así también como los detalles computacionales seleccionados para cada cálculo. Luego en los Capítulos 4 y 5 se exponen los resultados, en primer término, se describe la oxidación de monóxido de carbono sobre Au Ag y Cu y luego la reacción de des-hidrogenación de amoníaco sobre Fe. Luego el Capítulo 6 en el que se presentan las Conclusiones Generales y un Capítulo 7 con información extra. Un capitulo 8 detallando las publicaciones que se realizaron a partir de los resultados obtenidos y por último el Capítulo 9 con las referencias bibliográficas.

The emergence of computation four decades ago, and its development, has provided the instrument that allows the practical realization of the calculations of quantum theory described and used in this thesis. The main goal of this work has been to perform a systematic theoretical study to evaluate the reactivity of nanoparticles of different metals, forms and dimensions against reactions of catalytic interest, more specifically for the elimination of gaseous pollutants. In particular, different surfaces and nanoparticles of Au, Ag, Cu and Fe were studied, general characteristics and their behaviour against the adsorption of species such as CO, C02, 02 and NH3 and to dehydrogenation and oxidation reactions were analyzed.The calculations performed in this work were carried out with the VASP commercial program, which is a package for the development of ab initio simulations of quantum mechanics and molecular dynamics.This thesis has 8 chapters; In the first place a General Introduction where a detailed report of all the published works related to the reactions studied here, as well as the behaviour of the metallic nanoparticles as substrates for other reactions is realized. Chapter 2 consists of a brief description of the theoretical methods on which the calculations developed in this work are based. Chapter 3 explores the structural models that were used to simulate surfaces and nanoparticles as well as the computational details selected for each calculation. Then in Chapters 4 and 5 the results are presented, first, the oxidation of carbon monoxide over Au Ag and Cu and then the reaction of dehydrogenation of ammonia over Fe is described. Then the Chapter 6 in which they are presented The General Conclusions and Chapter 7 is an annex with extra information. Chapter 8 detailing the publications that were made from the results obtained, and lastly the Chapter 9 with references.