Adsorption de CO2 sur Cu2O(111) : étude DFT+U et DFT-D

L'adsorption de CO2 sur la surface Cu2O(111) est étudiée en utilisant la théorie de la fonctionnelle de densité + U avec et sans corrections de dispersion. Un certain nombre de géométries d'adsorbats sont considérées sur quatre terminaisons de surface différentes incluant la surface terminée en volume et des surfaces avec des vacancies d'oxygène et/ou de cuivre. Le CO2 est trouvé pour s'adsorber le plus fortement en tant que molécule linéaire inclinée coordonnée à un cation de surface non saturé. Les vacancies de surface permettent d'accéder à des configurations d'adsorbats fléchis, mais elles sont toutes moins stables que l'adsorbat linéaire. L'analyse de Bader confirme que l'adsorption de CO2 fléchi est accompagnée d'un transfert de charge de la surface vers la molécule, tandis qu'un transfert de charge minimal se produit dans la physisorption linéaire. Nous montrons que les vacancies d'oxygène de surface ont un petit impact sur les énergies libres d'adsorption, tandis que les vacancies de cuivre en surface entraînent une réduction significative de l'adsorption de CO2. L'inclusion des corrections de dispersion augmente la stabilité du CO2 adsorbé, mais l'adsorption est principalement endoergique à 298,15 K et 1 atm. Nos résultats révèlent que l'adsorption de CO2 sur l'oxyde cuivrique dépend de la présence de cations de cuivre à la surface. Ainsi, la chimie de cette surface est dominée par l'acidité de Lewis, contrairement à d'autres surfaces d'oxyde où les anions d'oxygène peuvent agir comme des bases de Lewis pour former des carbonates. La suppression de la formation de carbonates est importante, car elle confirme que cette surface peut être utile pour la réduction du CO2 en carburants.