Estudos Ab-Initio e Semi-Empíricos da Adsorção e Dissociação de H2O em Supefícies de MgO (001)

Aplicamos cálculos ab initio e semiempíricos em um modelo de aglomerado de MgO com o objetivo de estudarmos os processos físicos e químicos da adsorção e dissociação de uma molécula de água em uma superfície de MgO puro, com defeitos (vacâncias) e dopada com Lítio (Li), Sódio (Na), potássio (K), Cálcio (Ca) e Ferro (Fe). Também estudamos a adsorção de n moléculas de água na superfície. As geometrias, distâncias e ângulos, das moléculas de água adsorvidas e dissociadas foram otimizadas para estudarmos energias de ligação, frequências de vibração, transferência de cargas, sítios preferenciais de interação como também os comprimentos das ligações químicas. Usamos as análises de distribuição de cargas de Mülliken, método de ligação natural, como potencial atômico eletrostático e superposição de população para analisarmos as distribuições de cargas em nosso modelo de aglomerado. Investigamos estruturas de transição, energias de ativação, gap, de energias, HOMO, densidades de estados, energias orbital SCF, como também propriedades ácido-base do nosso modelo de aglomerado. Os resultados numéricos são comparados, sempre que possível, com resultados experimentais, e correlacionados de coordenação dos sítios de adsorção/dissociação. Nossas análises indicam uma redistribuição substancial de cargas na forma cristalina do óxido de magnésio quando água é adsorvida em MgO dopado, puro e com defeitos. A introdução de impurezas e vacâncias produz uma substancial mudança nas propriedades físicas e químicas da superfície e aumenta as energias de adsorção e dissociação. Muitas dessas mudanças devem-se à introdução de vacâncias na superfície. Superfícies de energia potencial bi ou tri-dimensionais são usadas para investigar as energias de ativação do processo de hidroxilação da superfície de MgO. Frequências de vibração são correlacionadas com os números de coordenação dos átomos de oxigênio e magnésio.