| Revista: | Mundo nano. Revista interdisciplinaria en nanociencias y nanotecnología |
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| Número de sistema: | 000586936 |
| ISSN: | 2448-5691 |
| Autores: | Molina, Uriel1 Mojica, Rodrigo2 Torres, Ana E.1 |
| Instituciones: | 1Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología, México 2Instituto Politécnico Nacional, Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, México |
| Año: | 2022 |
| Periodo: | Jul-Dic |
| Volumen: | 15 |
| Número: | 29 |
| País: | México |
| Idioma: | Inglés |
| Resumen en español | Las nanopartículas bimetálicas (BNPs) basadas en metales nobles están compuestas por dos diferentes metales que presentan interacciones entre heteroátomos. En estos nanomateriales es posible regular su composición relativa lo cual permite modular las propiedades electrónicas y catalíticas. Son de gran interés por sus aplicaciones tecnológicas y en la industria debido a sus propiedades catalíticas que pueden ser superiores a las de estructuras análogas monometálicas. En este trabajo se presenta una perspectiva teórica de las propiedades electrónicas, estabilidad y propiedades relacionadas con reactividad de nanopartículas de oro, rutenio y Au-Ru. En este análisis se consideró el uso de métodos basados en primeros principios y en la aproximación de clúster para adquirir una comprensión física de las nuevas propiedades que surgen de la combinación de dos metales en la escala nano y sub-nano. Las BNP-s Au-Ru pueden presentar una mayor actividad catalítica en la reacción de oxidación de CO que las estructuras monometálicas debido a la sinergia entre los metales. Sin embargo, hasta el momento se desconoce el efecto del Ru sobre las propiedades de las NPs de Au que podrían explicar la mayor actividad catalítica. Se realizó un estudio DFT para un modelo de clúster Au-Ru con la finalidad de analizar las propiedades electrónicas y para obtener una mejor comprensión de la tendencia en estabilidad de las estructuras cuando se varía la composición. Con base en las entalpías de mezclado calculadas, el clúster Au-Ru de morfología tipo core-shell y con una composición relativa cercana a 1:0.75 se determinó como más estable. Finalmente, se presentó una trayectoria de reacción para la oxidación de CO en la partícula libre, distinta de aquella determinada para nanopartículas de oro, que ocurre en la interfase Au-Ru. La molécula de O2 puede sufrir una adsorción disociativa en un sitio de Ru. La altura de la barrera de oxidación de CO es menor que aquella encontrada para cúmulos monometálicos de rutenio, pero es más alta que aquella determinada para cúmulos de oro. Los resultados del presente trabajo servirán de guía en estudios posteriores para este tipo de nanoestructuras modelo en catálisis heterogénea. |
| Resumen en inglés | Nobel-metal based bimetallic nanoparticles (BNPs) are composed of two different metals presenting heteroatom interactions. In these nanomaterials it is possible to tune the relative composition that allows for the modulation of electronic and catalytic properties. They are of great interest for their technological and industrial applications due to their catalytic properties which may exceed those of their monometallic analogue structures. A theoretical perspective on the electronic, stability and reactivity related properties of gold, ruthenium and Au-Ru nanoparticles is presented herein. This analysis considered the use of first-principles methods and the cluster approach to get a physical insight into the novel properties that arise from the combination of two metals in the nano and sub-nano scale. Au-Ru BNPs may present a higher catalytic efficiency than the monometallic structures due to the synergy between the metals in the CO oxidation reaction. However, the effect of Ru over the Au-based NPs on their enhanced catalytic activity is not well understood. A density functional theory (DFT) study of one Au-Ru cluster model was performed to analyze its electronic properties and to gain a better understanding in the stability of structures with various metal compositions. Based on the computed mixing enthalpy, the Au-Ru cluster with a core-shell type morphology and a relative composition close to 1:0.75 was determined as the most stable one. Finally, a CO oxidation reaction pathway different from that determined for Au-NPs was presented for the free particle occurring in the Au-Ru interface. O2 may undergo adsorption on a Ru site through a dissociative process. The computed CO oxidation barrier height is lower than that found for the monometallic Ru clusters but is higher than that determined for Au clusters. This study will guide further research on this kind of model nanostructures in heterogeneous catalysis. |
| Disciplinas: | Ingeniería |
| Palabras clave: | Ingeniería química |
| Keyword: | Chemical engineering |
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