Estudio de la descomposición de ácido fórmico sobre Pd/Au(111) para obtener H2

Abstract

El ácido fórmico se encuentra en la naturaleza o se puede sintetizar fácilmente en el laboratorio. En los últimos años, se ha utilizado como material de almacenamiento de hidrógeno. Si a esto último se aúna la alta eficiencia lograda en las celdas de combustible, el ácido fórmico podría servir en el futuro como uno de los mejores combustibles para dispositivos portátiles, vehículos y otras aplicaciones relacionadas con la energía. Hay dos vías posibles para la descomposición de HCOOH: la deshidrogenación (HCOOH → CO2 + H2) y la deshidratación (HCOOH → CO + H2O). En el caso de la deshidrogenación, partiendo del ácido fórmico adsorbido se puede obtener el ión formiato, que posteriormente se deshidrogena para dar CO2. En particular, en la última década, se han logrado avances significativos en el desarrollo de catalizadores para la generación selectiva de hidrógeno a partir de ácido fórmico. En el presente trabajo se estudia la adsorción y descomposición del ácido fórmico sobre el sistema Pd/Au(111). Los cálculos correspondientes se llevaron a cabo dentro del formalismo Density Functional Theory mediante el paquete de cálculo VASP (Vienna Ab Initio Simulation Package). La superficie de Au(111) se representó empleando un ?slab? de tres capas donde se relaja solamente la primera capa. Para modelar el sistema Pd/Au(111) se consideraron racimos de átomos de Pd de forma romboédrica, depositados sobre el ?slab? de tres capas. Primeramente se procedió a definir la configuración de partida para la reacción de interés. Con ese fin, se estudió la adsorción de HCOOH partiendo de diferentes posiciones y configuraciones iniciales, observando que la más estable es la del isómero trans en posición perpendicular. Posteriormente se evaluó la deshidrogenación de ácido fórmico vía formación del ión formiato (HCOO-), determinando el estado de transición corresondiente. A fin de cuantificar la transferencia de carga entre la superficie y el adsorbato, se llevó a cabo un análisis de las cargas atómicas para todos los sistemas mediante el método DDEC6. Se analizaron también las interacciones presentes de tipo no covalente mediante el análisis del índice NCI.