ABSTRACT This work presents a study, based on the Density functional theory (DFT), of the adsorption and oxidation of CO on a free platinum catalyst constituted from a sheet of Graphyne. Graphyne is a new allotrope of carbon, its structure is two-dimensional and is constituted by a monolayer of carbon atoms with sp-sp2 hybridization. Depending on the different ways to insert the carbon-carbon triple bond, three types of Graphyne can be distinguished: alpha, beta and gamma Graphyne. The structural, energetic and electronic properties have been studied, as well as the chemical reactivity to the adsorption and oxidation of carbon monoxide of a β-graphyne sheet. Therefore we propose a possible reaction route, using the Eley-Rideal mechanism. The calculations were performed using DFT, the functional hybrid B3PW91 and a 6-31 G basis for optimization of oxygen and carbon atoms was used. The transition state was obtained from the QST2 method, furthermore, vibrational frequencies were calculated to confirm the transition state and intrinsic reaction coordinates (IRC) to obtain the reaction mechanism. All calculations are performed according to the formalism of Gaussian09 program. Our results indicate that the coexistence of carbon with sp and sp2 hybridization in grafino promotes carbon atoms to perceive electropositive characteristics which favors the dissociation of oxygen and subsequent oxidation of CO. The study of the oxidation reaction through the Eley-Rideal mechanism shows that it is a concerted, exothermic and spontaneous process.
RESUMEN En este trabajo se presenta un estudio, basado en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), de la adsorción y oxidación de CO sobre un catalizador libre de platino constituido por una lámina de grafino, como potencial catalizador de celdas de combustible. El Grafino es un nuevo alótropo del carbono, su estructura es bidimensional y está constituido por una monocapa de átomos de carbono con hibridación sp-sp2. Dependiendo de las diferentes formas de insertar el triple enlace carbono-carbono se puede distinguir tres tipos de Grafino: alfa, beta y gamma Grafino. Se han estudiado las propiedades estructurales, energéticas, electrónicas y reactividad química frente a la adsorción y oxidación de monóxido de carbono de una lámina de β-Grafino. Se propone una posible ruta de reacción, mediante el mecanismo Eley-Rideal. Los cálculos fueron realizados usando DFT y se utilizó el funcional híbrido B3PW91 y la base 6-31 G para la optimización de los átomos de carbono y oxígeno, el estado de transición se obtuvo a partir del método QST2, además se calcularon las frecuencias vibracionales para confirmar el estado de transición y las coordenadas de reacción intrínsecas (IRC) para obtener el mecanismo de reacción. Todos los cálculos se realizaron según el formalismo del programa Gaussian09. Nuestros resultados indican que la coexistencia de carbonos con hibridación sp y sp2 en grafino promueve que átomos de carbono perciban características electropositivas lo que favorece la disociación de oxígeno y posterior oxidación de CO. El estudio de la reacción de oxidación a través del mecanismo Eley- Rideal demuestra que es un proceso concertado, exotérmico y espontaneo.