Quimisorción de moléculas pequeñas sobre superficies monocristalinas y procesos de absorción secuencial y aleatoria

Abstract

Las reacciones catalíticas heterogéneas suelen presentar comportamientos dinámicos espacio-temporales con múltiples estados estacionarios, oscilaciones, caos, etc. Fenómenos de este tipo se observan en superficies metálicas monocristalinas y policristalinas con adsorbatos reactantes atómicos y/o moleculares específicos. Además del interés científico que despiertan estos fenómenos, la investigación es motivada primariamente por la posibilidad tecnológica de disminuir el efecto contaminante de ciertas sustancias nocivas. Como reactantes superficiales, en fase gaseosa o liquida, pueden ser convertidos catalíticamente a productos no contaminantes. Por ejemplo, para reducir la contaminación ambiental que causan gases nocivos emitidos constantemente a la atmósfera, como ser: amoníaco (NH₃), oxido nítrico (NO), dióxido de azufre (SO₂), monóxido de carbono (CO), etc. En la reacción de reducción catalítica de NO con NH₃ sobre la superficie Pt{100}, en condiciones de baja presión (alto vacío) e isotermales, se observa un comportamiento oscilatorio. Este se puede explicar por medio de la existencia de una transición de fase reversible adsorbato-inducida en la estructura superficial, que causa transiciones periódicas entre dos fases de diferente actividad catalítica. La fase activa (1x1) es estabilizada por la molécula de NO. El consumo del NO por reacción con el NH₃ produce una desestabilización y una transformación a la fase inactiva cuasi-hexagonal. Con el objetivo de comprender los procesos elementales que ocurren en sistemas de catálisis heterogénea de adsorbatos sobre superficies monocristalinas, se presenta el estudio de dos aspectos complementarios de los procesos de adsorción de moléculas. Un estudio de los procesos de adsorción secuencial y aleatoria, la cinética de adsorción y la catacterización espacio-temporal del estado del sistema en el límite de saturación de moléculas que ocupan (o inhiben) uno o más sitios, mediante metodologías de la física estadística, analíticas (método probabilístico basado en la propiedad markoviana) y numéricas (método de Monte-Cario). Otro estudio de la interacción (adsorción) de moléculas pequeñas (NO y NH³) con la superficie Pt{100}-(1x1), mediante un método atomístico a primeros principios de la física cuántica basado en la teoría del funcional densidad (DFT). Para caracterizar los sitios de adsorción, se analiza la vibración de NO y NH³ sobre Pt{100}-(1x 1) bajo la aproximación armónica, y se compara con datos experimentales de espectroscopia vibracional (IRS y EELS).