Caracterización DFT de la adsorción de H₂0 por el cúmulo de nitruro de boro tipo grafeno

 

E. Chigo Anota¹, M. Salazar Villanueva²

 

¹ Cuerpo Académico de Ingeniería en Materiales, Facultad de Ingeniería Química Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Correo: echigoa@yahoo.es

² Facultad de Ingeniería, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Correo: msalaz_77@hotmail.com

 

Recibido: 25 de marzo de 2009.
Aceptado: 29 de mayo de 2009.

 

Resumen

A través de cálculos por primeros principios basados en la teoría DFT se investiga la adsorción de la molécula de agua (H₂O) por el cúmulo de nitruro de boro tipo coroneno (C₂₄H₁₂) para simular a la hoja. Para el tratamiento de los términos de correlación– intercambio se consideró la parametrización propuesta por Perdew y Wang (PWC). Además, se reportan los parámetros de reactividad (potencial químico, dureza química e índice electrofílico), y densidad de estados molecular (DOS). Del análisis de los orbítales frontera (HOMO y LUMO) se observa un cambio electrónico del sistema debido a que se presenta una transición en su comportamiento de aislante (gap=5.17 eV) a semiconductor (gap=3.93 eV) cuando es dopado con carbonos, de esta manera se aumenta la energía de adsorción considerablemente (de –3.67 eV a –0.47 eV).

Palabras claves: Coroneno; Cluster de nitruro de boro; Teoría DFT.

 

Abstract

We have investigated the adsorption of water molecule (H2O) on a boron nitride cluster that has as initial configuration to coroneno (C₂₄H₁₂). All calculations were carried out based on ab initio quantum mechanical calculations. From HOMO–LUMO analysis is reported a very important transition when one atom of nitrogen is substituted for carbon in this cluster (NB) from 5.17 eV. up to 3.93 eV. This decrease in electronic gap value to favorate the adsorption processes of water molecule on BN cluster. Moreover the chemical potential, chemical hardness and electrofilics values are reported.

Keywords: Coronene; Boron nitride cluster; DFT theory.

 

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Agradecimientos

Se agradece al proyecto VIEP–BUAP No. CHAE–ING08–I, al proyecto Interno de Investigación–FIQ–BUAP (20082009) y el Proyecto de Ciencia Básica del CONACYT (No. 0083982) el apoyo otorgado para la realización de este trabajo.

 

Referencias

[1]. H. W. Kroto, Nature 318, 612 (1985).         [ Links ]

[2]. A. Rubio, J. L. Corkill, M. L. Cohen Phy. Rev. B 49, 5081(1994).         [ Links ]

[3]. K. S. Novoselov, A. K. Geim, et al., Science 306, 666 (2004);         [ Links ]

[4]. K. S. Novoselov, et al., Proc. Natl Acad. Sci. USA 102 (30), 10451 (2005).         [ Links ]

[5]. F. Schedin, K. S. Novoselov et al, Nature Materials 6, 652 (2007).         [ Links ]

[6]. J. Serrano et al., Phys. Rev. Lett. 98, 095503 (2007).         [ Links ]

[7]. O. Leenaerts, B. Partoens, F. M. Peeters, arXiv:0810.4056v1 [cond–mat.mtrl–sci] octubre (2008).         [ Links ]

[8]. K. I. Bolotin, K.– J. Sikes, J. Hone, H. L. Strormer, P. Kim, Phys. Rev. Lett. 101, 096802 (2008);         [ Links ]

[9]. K. I. Boloting, K. J. Sikes, Z. Jiang, et al., Solid, State Comum. 146, 351 (2008).         [ Links ]

[10]. A. H. Nevidomskyy C. Csanyi, M. C. Payne, Phys. Rev. Lett. 91, 105502 (2003).         [ Links ]

[11]. R. Droppa, C. T. M. Ribeiro, A. R. Zanatta, M. C. D. Santos, F. Alvarez, Phys. Rev. B 69, 045405 (2004).         [ Links ]

[12]. J. W. Jang, C. E. Lee, S. C. Lu, T. J. Lee, C. Lee Appl. Phys. Lett. 84, 2877 (2004).         [ Links ]

[13]. M. C. Gordillo, J. Marti, Phys. Rev. B 78, 075432 (2008).         [ Links ]

[14]. L. S. Panchakarla, et al., Base de datos de los Alamos Laboratory: arXiv:0902.3077 (2009).         [ Links ]

[15]. E. Chigo Anota, Rev. Superficies y Vacío 22 (1), 19 (2009).         [ Links ]

[16]. L. Jeloaica, V. Sidis, Chem. Phys. Lett. 300, 157 (1999).         [ Links ]

[17]. M. Bonfanti, R. Martinazzo, G. F. Tantardini, A. Ponti, J. Phys. Chem C 111, 5825 (2007).         [ Links ]

[18]. Y. Okamoto, Y. Miyamoto, J. Chem. Phys. 105, 3470 (2001).         [ Links ]

[19]. J. I. Martinez, I. Cabria, M. J. López, J. A. Alonso, J. Phys. Chem. 113, 939 (2009).         [ Links ]

[20]. W. Kohn, A. D. Becke, R. G. Parr, J. Phys. Chem. 100, 12974 (1996);         [ Links ]

[21]. R. O. Jones, O. Gunnarsson, Rev. Modern Phys. 61 (3), 689 (1989);         [ Links ]

[22]. W. Kohn, Rev. Mod. Phys. 71 (5), 1253 (1999);         [ Links ]

[23]. E. Chigo Anota, J. F. Rivas Silva, Rev. Col. Fis. 37 (2), 405 (2005).         [ Links ]

[24]. J. P. Perdew, Y. Wang, Phys. Rev B. 45, 13244 (1992).         [ Links ]

[25]. B. Delley, J. Chem. Phys. 92, 508 (1990).         [ Links ]

[26]. B. Delley, J. Phys. Chem. 100 (1996) 6107.         [ Links ]

[27]. B. Delley, J. Chem. Phys. 113 (2000) 7756.         [ Links ]

[28]. J. B. Foresman, E. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, Pág. 70. Segunda edición 1996. Gaussian, Inc.         [ Links ]

[29]. R. G. Parr, R. G. Pearson, J. Am. Chem. Soc. 105, 72512 (1983);         [ Links ]

[30]. R. G. Pearson, J. Am. Chem. Soc.108, 6109 (1986);         [ Links ]

[31]. R. G. Pearson, J. Chem. Educ. 64, 561 (1987).         [ Links ]

[32]. R. G. Pearson, Inorg. Chem. 27, 734 (1988).         [ Links ]

[33]. R. G. Parr, R. A. Donnelly, M. Levy, W. E. Palke, J. Chem. Phys. 68 (8), 3801 (1978).         [ Links ]

[34]. R. G. Parr, L. V. Szentpály, S. Liu, J. Am. Chem. Soc. 121, 1922 (1999).         [ Links ]

[35]. E. Chigo Anota, M. Salazar Villanueva, H. Hernández Cocoletzi, enviado a Physical Status Solidi (2009).         [ Links ]

[36]. L. Pauling, Proc. Natl. Acad. Sci. 56, 1646 (1966).         [ Links ]

[37]. La energia de cohesión se calculo usando la siguiente relación para la hoja no dopada: Ec=nE(B)+mE(N)+E(HE(BnNmHk)/(n+m+k) y para la hoja dopada Ec=nE(B)+mE(N)+kE(H)+lE(C)–E(BnNmHk–hC)/(n+m+k+l).         [ Links ]

[38]. A. Zunger, Phys. Rev. B 17, 626 (1978).         [ Links ]

[39]. J. M. Ricart, F. Illas, R. Dovesi et al., Chem. Phys. Lett. 108, 593 (1984).         [ Links ]

[40]. V. Barone, F. Lelj, C. Minichino, Surface Sci. 189/190, 185 (1987).         [ Links ]

[41]. E. Chigo Anota, A. Juárez Rodriguez, Rev. Cub. Fis. 25 (2B), 106 (2008).         [ Links ]

[42]. C. Casaragui, A. Hartschuh, H. Qian y col., ArXiv:0810.5358v1 [cond–mat.mtrl.sci] octubre (2008).         [ Links ]

[43]. Y. You, Z. Ni, T. Yu, Z. Shen, App. Phys. Lett. 93, 163112 (2008).         [ Links ]