A theoretical quantum study on the distribution of electrophilic and nucleophilic active sites on Cu(100) surfaces modeled as finite clusters

C.H. Rios–Reyes ^a,b, A. Ponce–Rodriguez ^b, M. Romero–Romo ª and L.H. Mendoza–Huizar ^b*

ª Universidad Autónoma Metropolitana–Azcapotzalco, Departamento de Materiales, Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, 02200
Mexico D.F., México, e–mail: clarahrr@yahoo.es

^b Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Centro de Investigaciones Químicas, Carretera Pachuca–Tulancingo km. 4.5, Pachuca, Hgo., 42181, Mexico, e–mail: hhuizar@uaeh.edu.mx

Recibido el 3 de mayo de 2007
Aceptado el 12 de febrero de 2000

Resumen

En este trabajo presentamos un estudio teórico cuántico de la distribución de sitios activos sobre una superficie monocristalina de Cu con orientación (100). La superficie de cobre fue modelada como cúmulos de tamaño finito de 14, 23, 38 y 53 átomos. Se realizaron cálculos ab initio tipo Hartree–Fock y funcionales de la densidad (B3LYP) utilizando los pseudopotenciales de Hay y Wadt (LANL1MB y LANL2DZ). De los cálculos se encontró que el valor de la función trabajo es 4.1 eV. El mapeo de los orbitales frontera HOMO y LUMO, sobre una isosuperficie de densidad, bajo la aproximación de core congelado, permitio encontrar la distribución de sitios activos electrofílicos y nucleofílicos, respectivamente. Los resultados obtenidos indican que los sitios electrofílicos en la superficie Cu(100) se encuentran localizados en el hueco y su densidad numérica es de 8.6 x 10¹⁶ sitioscm^–2. El cálculo de la blandura local reveló que los sitios nucleofílicos se encuentran formados por un grupo de átomos y su densidad numérica fue de 2.4 x 10¹⁶ sitioscm^–2. Los resultados anteriores indican que adsorciones con distribuciones 2 x 2 y 3 x 3, para el caso electrofílico y nucleofílico, respectivamente, se favorecen sobre una superficie limpia de Cu(100).

Descriptores: Sitio activo; B3LYP; pseudopotenciales; cobre; cúmulo.

Abstract

In this work, it is shown a theoretical quantum study of the active sites distribution on a monocrystalline surface of Cu(100). The copper surface was modeled as finite clusters of 14, 23, 38 and 53 atoms. We performed Hartree–Fock and Density Functional Theory (B3LYP) abinitio calculations employing the pseudopotentials of Hay and Wadt (LANL1MB y LANL2DZ). From calculations, we found a work function value of 4.1 eV. The mapping of the HOMO and LUMO in the frozen core approximation, allowed us finding the electrophilic and nucleophilic active sites distribution, respectively. The results indicated that electrophilic sites on the Cu(100) surface were located on hollow position and its numerical density was 8.6x 10¹⁶ sitescm^–2. From the nucleophilic local softness study, it was found that the nucleophilic sites were formed by a group of atoms and it had a numerical density of 2.4 x 10¹⁶ sitescm^–2. Last results indicated that adsorptions with 2 x 2 and 3 x 3 distributions can be favored onto a Cu(100) surface for the electrophilic and nucleophilic cases, respectively.

Keywords: Active site; B3LYP; pseudopotential; copper; cluster.

PACS: FAVOR DE PROPORCIONAR

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