Investigación

Bridge bond between potential energy surfaces and fuel cells on Pt–H₂ interaction

J.H. Pacheco*, I.P. Zaragoza*, L.A. García*, A. Bravo*, S. Castillo**, O. Novaro***

* Centro Regional de Investigación en Materiales, ITESM–CEM, Carretera Lago de Guadalupe Km. 3.5 Atizapan, 52926 Edo. Mex., e–mail: mundopacheco@prodigy.net.mx

** Area de Física Atomica y Molecular Aplicada, CBI, UAM–A, Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Mexico D.F. 02200 México.

*** Instituto de Física, UNAM, Apartado Postal 20–364, D.F. 090, México.
Member of El Colegio Nacional.

Recibido el 2 de diciembre de 2005
Aceptado el 14 de febrero de 006

Abstract

Reaction mechanisms between catalyst (Pt) and one of the fuels (H₂) are found by means of DFT–B3LYP calculation, which represents a bridge bond between the theoretical calculations and the processes of fuel transformation in the fuel cells. All the closed shell energies involved in the process are obtained, starting when the platinum and the hydrogen are completely separated and ending until the hydrogen atoms separate and stay bound to the platinum, forming a new product. The equilibrium geometry of the latter system is reached with a broken H–H bond at an HPtH angle of about 90°. The latter was obtained using the DFT–B3LYP method. The confidence in all of these results is based on the fact that the potential energy well of the Pt–H₂ interaction calculated using the DFT–B3LYP method is located between those calculated using Moller–Plesset and PSHONDO–IJKL–FOCK–CIPSI ab initio methods.

Keywords: Potential energy surfaces; fuel cells; platinum hydrgen interaction.

Resumen

Se encontraron los mecanismos de reacción entre el catalizador Pt y uno de los combustibles (H₂) por medio de calculos DFT–B3LYP, lo cual representa un vínculo entre los cálculos teóricos y el proceso de transformación del combustible en las celdas de combustible. Se obtuvieron todas las energías de capa cerrada en el proceso, empezando cuando el platino y el hidrógeno están completamente separados y terminando hasta que los átomos de hidrógeno se separan y quedan ligados al platino, formando un nuevo producto. La geometría de equilibrio de este sistema se úcslnlsl con el enlace H–H roto en un ángulo HPtH de cerca de 90°. Esto se obtuvo usando el método DFT–B3LYP. La confianza en todos estos resultados está basada en el hecho de que el pozo de energía potencial de la interaccion Pt–H₂ calculado con el método DFT–B3LYP está localizado entre aquellos calculados con los métodos Moller–Plesset and PSHONDO–IJKL–FOCK–CIPSI.

Descriptores: Superficies de energía potencial; celdas de combustible; átomo de platino; molécula de hidrógeno.

PACS: 31.15.Ew; 31.15.Ne; 31.15.–v

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

References

1. M. Mavrikakis, B. Hammer and J. K. Norskov, Phys. Rev. Lett. 81 (1998) 2819.        [ Links ]

2. Y. Xu and M. Mavrikakis, Surf. Sci. 494 (2001) 131.        [ Links ]

3. J. Greeley and M. Mavrikakis, J. Cat. 208 (2002) 291.        [ Links ]

4. www.nersc.gov/research/annrep01/sh_BES_10.html M. Mavrikakis, J. Greeley, Y. Xu, J. Schieke, A. Gokhale, University of Wisconsin, Madison, Last Modified February 2002.        [ Links ]

5. E. Poulain, J. Garcia–Prieto, M. E. Ruiz, O. Novaro, Int. J. Quantum Chem. 29 (1986) 1181.        [ Links ]

6. K. Balasubramanian, J. Chem. Phys. 87 (1987) 2800.        [ Links ]

7. H. Nakatsuji, Y. Matsuzaki, T. Yonezawa, J. Chem. Phys. 88 (1988) 5759.        [ Links ]

8. Joseph Howard, Thomas C. Waddington, and Christopher J. Wright, J. Chem. Phys. 64 (1976) 3897.        [ Links ]

9. H. Asada, T. Toya, H. Motohashi, M. Sakamoto, and Y Hamaguchi, J. Chem. Phys. 63 (1975) 4078.        [ Links ]

10. Q. Cui, D.G. Musaev, and K. Morokuma, J. Chem. Phys. 108 (1998) 8418.        [ Links ]

11. Primer Reporte de Actividades (Sept. 2005) del Proyecto de Celdas de Combustible desarrollado en el ITESM–CEM por los consultores J.H. Pacheco, L.A. García, y I.P. Zaragoza para la Direccion del CRIM a cargo del Dr. A. Bravo.        [ Links ]

12. D. E. Bernholdt, E. Apra, H. A. Fruchtl, M.F. Guest, R. J. Harrison, R. A. Kendall, R. A. Kutteh, X. Long, J. B. Nicholas, J. A. Nichols, H. L. Taylor, A. T. Wong, G. I. Fann, R. J. Littlefield and J. Nieplocha, Int. J. Quantum Chem. Symposium 29 (1995) 475.        [ Links ]

13. a) A.D. Becke, J. Chem. Phys. 98 (1993) 5648;         [ Links ] b) P.J. Hay, W.R. Wadt, J. Chem. Phys. 82 (1985) 270.        [ Links ]

14. Durand Ph., Barthelat J.C., Theor. Chim. Acta 38 (1975) 283.        [ Links ]

15. Daudey IP, PSHF, a HF–SFC RECP program, based on the original HONDO–76, QCPE program No. 338 by Dupuis ct Rys y King H.F. (1977).        [ Links ]

16. Huron B.H., Malriu J.P y Rancurel P., J. Chem Phys. 58 (1973) 5745. CIPSI Code written by Daudey J.P, Pélissier M, Malriu J.P., Evangelisti S., Spiegelmann F. Y Maynau D.        [ Links ]

17. C.E. Moore, Atomic Energy Levels, National Bureau of Standards, Washington D.C. (1971). Vol. III.        [ Links ]

18. T. Iwasita, I Braz. Chem. Soc., 13 (2002) 401.        [ Links ]

19. K. Misek, Czechoslovak Journal of Physics 29 (1979) 1243.        [ Links ]

20. R. M. Emrick, Journal of Physics F: Met. Phys. 12 (1982) 1327.        [ Links ]

21. J.J. Jackson, Lattice Defects in Quenched Metals, Academic, New York, (1965), p 467, 479.        [ Links ]

22. J.R. Anderson, Structure of Metallic Catalysts, Academic, New York, (1975).        [ Links ]