Estudio de la adsorción y difusión de átomos de H y O en presencia de átomos vecinos sobre Cu(100) aplicando métodos de DFT

Abstract

El cobre es un material ampliamente estudiado y utilizado por lo que resulta importante comprender cómo interactúa con su entorno [1-3]. Se ha descubierto en los últimos años, que la parte catalíticamente activa de la superficie, puede ser el óxido metálico y no el metal en sí mismo, ya que en muchos casos, el metal se oxida durante la catálisis [4]. Resulta necesario saber cómo se deposita el oxígeno en la superficie limpia, cómo difunden los átomos adsorbidos en la superficie y cómo la superficie misma cambia a medida que se modifica el cubrimiento de átomos de oxígeno. Para obtener un conocimiento más profundo sobre los mecanismos de oxidación a menor escala, estudiamos las estructuras y energías de adsorción de átomos de hidrógeno y oxígeno en presencia de vecinos sobre la superficie de Cu(100), empleando el formalismo previsto por la teoría del funcional de la densidad (DFT). Se calculan también las barreras de difusión y se estiman las velocidades de difusión. Se encontró que el sitio hollow resultó ser el sitio de adsorción preferencial para el H y O en la superficie de Cu(100). Frente a la presencia de átomos vecinos de su misma especie, las interacciones laterales entre los átomos de H y O resultaron repulsivas, sin embargo, el O presentó energías de interacción más fuertes. La presencia de átomos de O preadsorbidos en la vecindad del sitio de partida disminuyó la barrera de difusión del O, lo que hace que éste sea más móvil en la superficie. Los procesos directos resultaron energéticamente más favorables que los procesos inversos, lo que indica la tendencia de los átomos de O a no estar juntos. A pesar de que la presencia de átomos de O preadsorbidos promueven la velocidad de difusión de los adsorbatos, el átomo de H difunde más velozmente que el átomo de O sobre la superficie de Cu(100), siendo esta diferencia varios órdenes de magnitud superior.