Estudio computacional de la adsorción de agua en cristales de eritrina y pakhomovskyita mediante modelación computacional de sus propiedades electrónicas de bulk y de superficie

Abstract

Los cristales eritrina y pakhomovskyita son cristales del grupo vivianita con la formula Co3(XO4)2 · 8H2O, donde X es As o P respectivamente. Estos cristales han sido estudiado como catalizadores para la oxidación del agua, cuyos resultados muestran diferencias en actividad y estabilidad a pesar de ser compuestos isoestructurales. Estos resultados sugieren que el anión fosfato o arsenato tiene un rol clave, no solo en proporcionar mayor actividad catalítica a la pakhomovskita, sino también dar estabilidad a la eritrina en el proceso. A lo largo de los años se ha desarrollado el estudio de catalizadores por medio de programas computacionales de primeros principios. El electrodo computacional de hidrógeno simplifica pasos reales para calcular las reacciones catalíticas por medio de los principales intermedios de reacción; en el caso de la reacción de evolución del oxígeno, estos pasos consisten en OH*, O* y OOH*. Utilizando las posiciones iniciales a partir del archivo cristalográfico obtenidos de difracción de rayos X en polvo de los cristales sintetizados, el band gap a partir de mediciones UV-Vis y la utilización del programa Quantum ESPRESSO, se calcula las energías de adsorción de seis sitios sobre la superficie exfoliada. Los resultados muestran una mayor energía de adsorción en los sitios metálicos y un comportamiento distinto entre sitios de cobalto. El cobalto ligado a cuatro aguas estructurales y dos aniones muestra menor actividad que el cobalto ligado a dos aguas estructurales y cuatro aniones. Entre cristales, la pakhomovskita muestra una mayor energía de adsorción de los intermedios comparado con la eritrina. Este trabajo muestra que el ambiente químico genera una distorsión de los octaedros del cobalto distinta entre los dos cobalto de la estructura, modificando así su comportamiento. Además, los aniones presentan la menor actividad y la literatura muestra que los aniones juegan un rol de aceptor de protones durante la reacción catalítica. En conclusión, la eritrina y pakhomovskita tiene una actividad catalítica intrínseca modulada por los aniones de su estructura.