Estudo ab initio da adsorção de F, Na, Ni, Pd e Pt sobre clusters (CeO2)6 - Ozório, Mailde da Silva (2018)
Devido a estabilidade e capacidade de armazenar oxigênio (oxygen storage capacity) óxidos de cério (CeO2, CeO2 - x, 0 < x < 1/2, Ce2O3) possuem muitas aplicações, tais como catalisadores e suporte para metais de transição (Ni, Pt, Pd, Rh, etc.). A capacidade do átomo de cério alterar reversivelmente seu estado de oxidação entre Ce4+ e Ce3+ é crucial em suas aplicações e pode ser induzida por metais de transição ou outra espécie químicam (átomos, moléculas) depositados sobre suas superfícies. Porém, não se tem conhecimento de estudos da adsorção de metais transição sobre clusters neutros de óxido de cério, nem mesmo estudos de clusters de composição fixa e carga variável. Portanto, neste projeto são estudadas as propriedades físico-químicas dos clusters de (CeO2)6- , (CeO2)6 e (CeO2)6+ e da adsorção dos ametais F e Na e dos metais de transição Ni, Pd e Pt sobre (CeO2)6. Os resultados foram obtidos mediante cálculos ab initio da teoria do funcional da densidade (do inglês - Density Functional Theory, DFT), onde os funcionais PBE e HSE06 foram utilizados para descrição do funcional de troca-correlação. Os resultados apontam divergências dos funcionais PBE e HSE06 na sequência de energia total relativa das 22 configurações representativas de (CeO2)6. As energias de ionização e afinidade eletrônica indicam que as configurações (CeO2)6 de maior energia perdem um elétron mais facilmente que as de menor energia, que acomodam melhor o elétron. O pGMC (do inglês -putavive Global Minimum Configuration) aniônico é derivado do pGMC neutro pela localização do elétron no orbital Ce fz3 e consequnete mudança do estado de oxidação Ce4+ para Ce3+. O pGMC catiônico não é derivado do pGMC neutro, esse cluster não possui ligações Ce-O terminais e o elétron é removido de um orbital com maior contribuição do estado O p. Nas configurações de adsorção apenas ligações iônicas Ce-X ou O-X com maior diferença de eletronegatividade são formadas, nas quais ocorre transferência de carga para o elemento mais eletronegativo. Análises das configurações de menor energia mostram que, ao contrário da adsorção de flúor, os átomos de Na, Ni, Pd e Pt transferem carga para o cluster. Contudo, as configurações Pd/(CeO2)6 e Pt/(CeO2)6 não possuem momento magnético resultante. Apenas nas configurações Na/(CeO2)6 e Ni/(CeO2)6 o elétron se localiza no orbital Ce fz3 com a concomitante mudança do estado de oxidação Ce4+ para Ce3+. Nas configurações de menor energia a adsorção de sódio é favorecida em 0,05 eV em relação a adsorção de flúor. Por sua vez, o níquel é o metal de transição que se adsorve mais fortemente ao cluster, ao passo que o paládio apresenta a menor energia de adsorção.