Estudio de los parámetros estructurales que influyen en la reactividad superficial de nanopartículas de TiO2

FRANCO P BONAFÉ; VALERIA C FUERTES; CHRISTIAN F A NEGRE; FABIANA Y OLIVA; CRISTIÁN G SÁNCHEZ

Rosario, Santa Fe

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Asociación Argentina de Investigación en Fisicoquímica

Introducción: Los nanomateriales presentan una serie de propiedades muy diferentes al material masivo como resultado, entre otros factores, del aumento de la relación superficie-volumen. En particular, los semiconductores nanoestructurados han encontrado vastas aplicaciones en electroquímica, sensores y representan además un componente fundamental de las celdas solares (DSSCs). En estudios previos [1] se mostró la metodología de construcción de una serie de nanoesferas de TiO2 de diferente radio y estructura cristalina. Sus átomos superficiales fueron reordenados vía Monte Carlo Reticulado con posterior relajación de la geometría total seguida por una equilibración térmica a 300 K realizada por Dinámica Molecular. En el presente trabajo, se pretende evaluar los parámetros estructurales, tales como distancias de enlace, número de coordinación e índice de esfericidad, que puedan afectar la reactividad superficial de los clusters de TiO2 [2-5] en fase anatasa, rutilo y brookita de distintos tamaños. Resultados: Se realizó un análisis de la geometría de la superficie de los clusters mediante un código simple que permite aislar los átomos superficiales de las estructuras optimizadas y realizar un conteo de los átomos vecinos para evaluar los números de coordinación. Se evaluó la función de distribución de a pares g(r) para los enlaces Ti-Ti, Ti-O y O-O en los distintos polimorfos. Finalmente, se calculó la relación de aspecto (desviación de la esfericidad) para dichos clusters. Conclusiones: Se encontró que, al igual que en las superficies extendidas de TiO2, los clusters estudiados presentan un predominio de oxígeno bi- y tri-coordinado y de titanio tetra- y penta-coordinado. Por otro lado, a diferencia de las superficies de TiO2 masivo, se encuentra en los clusters aproximadamente un 15-20% de Ti superficial hexa-coordinado. La función de distribución de a pares muestra que las distancias de enlace Ti-O son similares a las que se encuentran en TiO2 masivo, mientras que las distancias Ti-Ti son ligeramente distintas entre los sistemas comparados. El cálculo de la relación de aspecto mostró que los polimorfos anatasa y brookita constituyen los clusters que más se desvían de la esfericidad.