Propiedades electrónicas de nitruro de boro funcionalizado con carbono y su interacción con moléculas organosulfuradas

Abstract

Extracted oil from the southeast of Mexico contains a large variety of organosulfur compounds, the combustion of these organosulfur compounds produces sulfur oxides which constitute the principal source of air pollution. The hydrodesulfurization process is the most common process to remove these molecules, this process performs the extraction of the sulfur atoms from the extracted oil in the form of hydrogen sulfur. We studied the interaction between a nanoribbon and typical organosulfur molecules of interest, and proposed an alternative route to reduce the organosulfur molecules. We studied the modified electronic properties and modified reactivity of boron nitride nanoribbons doped with carbon atoms (C-doped BNNRs). The study was performed in the framework of the density functional theory within the generalized gradient approximation. We found that the main routes to stabilize energetically the C-doped BNNRs involve substituting boron atoms near the edges of the ribbon. However, the effect of doping on the electronic properties depends on the sublattice where the C atoms are substituted; for instance, when compared to pristine BNNRs, negative doping (partial occupations of electronic states) is found replacing B atoms, whereas positive doping (partial inoccupation of electronic states) is found when replacing N atoms. Independently of the position of the carbon dopants, the solutions of the Kohn Sham equations suggest that the most stable solution is the magnetic one. The reactivity of the C-doped BNNRs is inferred from results of the dual reactivity descriptor, and it turns out that the main electrophilic sites are located near the carbon dopants.

El petróleo que se extrae en el sureste de México tiene un alto contenido de compuestos organosulfurados, los cuales producen óxidos de azufre son los principales contaminantes debido a las combustiones de combustibles. Los procesos de refinación mediante los cuales se disminuye la cantidad de azufre en los combustibles fósiles son los procesos de hidrodesulfuración, éstos son comúnmente empleados en refinerías para hidrogenar los compuestos organosulfurados y extraer el azufre en la forma de sulfuro de hidrógeno. En este proyecto se estudió la interacción entre nanosuperficies y moléculas organosulfuradas de interés, para con ello poder proponer una técnica alternativa a los procesos de hidrodesulfuración, para probar los resultados obtenidos se estudiaron las propiedades electrónicas y de reactividad de nano listones de nitruro de boro dopados sustitucionalmente con átomos de carbono empleando la Teoría de los Funcionales de la Densidad, utilizando el paquete computacional VASP, los efectos de correlación e intercambio electrónico fueron considerados mediante la aproximación del gradiente generalizado (GGA) en la forma propuesta por Perdew- Becke-Ernzerhof (PBE). De este trabajo se ha encontrado que superficies dopadas por átomos de carbono resultan mayormente estables cuando la sustitución se realiza sobre los bordes del nano listón, la modificación de las propiedades electrónicas depende directamente de la subred en la cual se lleve a cabo la sustitución de átomos dopantes. Por ejemplo, la ocupación de nuevos estados electrónicos cerca del nivel de Fermi se lleva a cabo cuando se sustituye un átomo de B por uno de C respecto al nanolistón prístino, mientras que la desocupación de estados electrónicos se observa cuando se sustituyen átomos de N por C, respecto a los nano listones de nitruro de boro prístinos.