FRBB - CIENCIAS BÁSICAS
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Item Estudio teórico comparativo del efecto del coeficiente U de Hubbard en los semiconductores TiO2 Y ZnO(2020-05) Rossi Fernández, Ana Cecilia; Schvval, Ana Belén; Jiménez, María Julia; Cabeza, Gabriela Fernanda; Morgade, Cecilia Inés NoraLas nanoestructuras de semiconductores como el TiO2 y el ZnO han demostrado ser capaces de mediar la oxidación fotocatalítica de contaminantes orgánicos para su eliminación del agua. Por eso es interesante la descripción correcta de sus propiedades electrónicas. En el caso de estos óxidos de metales de transición se conoce que la Teoría del Funcional Densidad (DFT)1 suele subestimar el ancho de su banda prohibida (BG). Un enfoque viable para resolver los errores de auto-interacción para materiales de electrones fuertemente correlacionados es el uso de métodos conocidos como DFT + U2. Este método impone un adicional (U) de funcional tipo Coulomb para la representación correcta de los orbitales d de metales de transición como el Ti y el Zn. La determinación de este factor de corrección para un elemento dado requiere varias pruebas y la comparación de la estructura calculada con datos experimentales. Es interesante destacar que el factor U utilizado en los cálculos afecta a los parámetros de red y esta variación se produce en sentido opuesto para dichos óxidos. En TiO2 a medida que el factor U se incrementa aumentan tanto el BG como el parámetro de red. Por el contrario, para el ZnO, al crecer U aumenta el valor del BG pero disminuye el valor del parámetro de celda.Item Estudio teórico de films ultradelgados FeRh(001) y FeRh(110)(2020-05) Jiménez, María Julia; Schvval, Ana Belén; Morgade, Cecilia Inés Nora; Cabeza, Gabriela FernandaLa aleación FeRh ha sido muy estudiada debido a transición de fase de primer orden desde el estado antiferromagnético (AFM) al ferromagnético (FM) a temperaturas cercanas a la ambiental. Sus propiedades se han estudiado en forma de films delgados y películas depositadas sobre diferentes sustratos para aplicaciones en tecnologías de la información1,2. El objetivo de este trabajo es el estudio y caracterización de películas ultradelgadas de FeRh crecidos en dos direcciones cristalográficas [001] y [110] con composición equiatómica, en sus fases FM y AFM para estudiar la influencia de la terminación de las superficies e n Fe o Rh, el efecto del crecimiento respecto a planos cristalográficos específicos, los efectos en la magnetización y las propiedades electrónicas de las superficies. El estudio se realiza mediante cálculos ab initio y los films son generados a partir de su estructura bulk con diferentes espesores de 5, 7 y 9 capas atómicas terminados en Fe y Rh. Entre los resultados se puede mencionar que con respecto a la energía super ficial 001 < 110 donde en líneas generales los valores crecen con el incremento del espesor, para la fase AFM, las superficies terminadas en Rh también tienen valores mayores con respecto a los terminados en Fe. En lo que respecta a la estabilidad, ambas superficies tienen valores similares de energía/átomoItem Modelado teórico de fotocatalizadores basados en BiOI(2020-05) Fuente, Silvia Andrea; Duran Álvarez, J. Carlos; Morgade, Cecilia Inés NoraLos materiales fotocatalizadores prometen un amplio campo de aplicación en procesos de descontaminación de aguas residuales, en la purificación del aire, y en la producción de energía limpia a través de la separación del agua en H2 y O2 entre otros. Los oxihaluros de Bismuto son a la fecha los menos estudiados. El presente trabajo se focalizó en el estudio del oxiyoduro de bismuto (BiOI), el cual es un compuesto ternario con una estructura de capas caracterizada por láminas [Bi2O2] intercaladas por láminas dobles de átomos de halógeno (I). Posee excelentes propiedades eléctricas y ópticas por lo cual se ha convertido en una opción ideal como un nuevo fotocatalizador de luz visible1. El estudio basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT), utilizando el paquete comercial VASP2, se efectúo sobre la superficie (001) de BiOI, terminada en O. Se estudió la adsorción de átomos de Au, Ag y Cu sobre la misma. El Au presentó una mayor afinidad por un sitio top con un O a diferencias de Ag y Cu que presentaron mayor afinidad sobre el Bi en puente con dos O. Los átomos metálicos depositados sobre la superficie en todos los casos presentaron oxidación siguiendo el orden Cu˃Ag˃Au. El Au es el metal con menor comportamiento metálico y es el único cuya superficie presentaría un pequeño band gap.Item Efecto de la adición de nanoclusteres de Ag sobre TiO2 en la adsorción de NO(2020-05) Schvval, Ana Belén; Jiménez, María Julia; Morgade, Cecilia Inés Nora; Cabeza, Gabriela FernandaDebido a los efectos nocivos ya conocidos de los óxidos de nitrógeno, el control y la eliminación de las emisiones de NOx se han convertido en un tema crítico. Estas moléculas forman parte del aire contaminado y pueden descomponerse en su interacción con la titania. Los estudios computacionales de sistemas involucrados en reacciones químicas proporcionan una herramienta complementaria a la investigación experimental. En este trabajo usamos un método de cálculo ab initio en el marco de la teoría funcional de la densidad (DFT+U), para estudiar el efecto de la deposición de clústeres de plata sobre las superficies de anatasa TiO2(101) y rutilo TiO2(110), en la adsorción y posible transformación de NO. Se evaluaron las propiedades electrónicas, estructurales y los efectos de transferencia de carga para la adsorción de NO en los sistemas Ag4/TiO2. El depósito de plata en ambas fases polimórficas estudiadas, mejora efectivamente la capacidad catalítica2 de la titania cuando se coloca a este metal en la superficie. Para TiO2(110) la deposición de Ag4 sobre la misma favorecería la transformación de NO a NO2, aunque disminuye su afinidad por el NO. Por su parte, para la superficie TiO2(101) el clúster de Ag favorecería la transformación de NO a N22 y la adsorción de este gas sobre la superficie.Item Efecto de la presencia de agua en la adsorción de NaF sobre TiO2(101) anatasa(2021) Meier, Lorena A.; Morgade, Cecilia Inés NoraEl flúor (F) en concentraciones superiores a 1.7 mg/L1 puede provocar problemas de salud como fluorosis dental y ósea, daño neurológico entre otros2. Siendo el consumo de agua esencial para la vida humana, la ingesta de éste elemento se vuelve mayor en zonas endémicas de alta concentración. El propósito del presente trabajo es analizar el efecto de TiO2 estructura anatasa pura en la remediación de fluoruro en medio acuoso.Item Estudio teórico comparativo del efecto del coeficiente U de Hubbard en los semiconductores TiO2 y ZnO(2021) Rossi Fernández, Ana C.; Schvval, Ana Belén; Jiménez, María Julia; Cabeza, Gabriela F.; Morgade, Cecilia Inés NoraLas nanoestructuras de semiconductores como el TiO2 y el ZnO han demostrado ser capaces de mediar la oxidación fotocatalítica de contaminantes orgánicos para su eliminación del agua. Por eso es interesante la descripción correcta de sus propiedades electrónicas. La Teoría de la Funcional Densidad (DFT)1) suele subestimar el ancho de banda prohibida (BG) de estos óxidos. Entonces para resolver los errores de autointeracción para materiales de electrones fuertemente correlacionados se utiliza el método conocido como DFT + U2). Este método impone un coeficiente U, de Hubbard, de funcional tipo Coulomb para la representación correcta de los orbitales d de metales de transición como el Ti y el Zn. En el presente trabajo se pudo comprobar como el factor U utilizado afecta a los parámetros de red y esta variación se produce en sentido opuesto para dichos óxidos.Item Estudio teórico de fotocatalizadores basados en BiOX(2021) Fuente, Silvia; Schvval, Ana Belén; Duran Álvarez, J. Carlos; Cabeza, Gabriela; Morgade, Cecilia Inés NoraLos materiales fotocatalizadores prometen un amplio campo de aplicación en procesos de descontaminación de aguas residuales, purificación del aire, y producción de energía limpia. Los oxihaluros de bismuto (BiOX (X=F, Cl, Br, I) son compuestos semiconductores ternarios, los cuales presentan una alta actividad fotocatalítica bajo radiación ultravioleta (UV) o visible. Se consideran de importancia ya que presentan mayor actividad fotocatalitica que el TiO2, el cual es el referente comercial más utilizado en el campo ambiental. Cristalizan en una estructura tipo matlockita, con capas de Bi2O2, intercaladas por una doble capa de átomos de halógeno. En este trabajo se presenta el estudio teórico de los mismos basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT), utilizando el paquete comercial VASP(1). Se focalizó en el modelado del bulk y la superficie (001) por ser la más estable.Item Estudio de la silica prístina y amino-funcionalizada para el transporte de la droga ampicilina(2021-04) Noseda Grau, Emilia; Dodero, Gabriela Alejandra; Simonetti, Sandra IsabelLos nanoportadores de fármacos se presentan como plataformas prometedoras para portar y administrar biomoléculas, y así mejorar la eficacia terapéutica de los medicamentos. La ampicilina es un derivado de la penicilina de amplio espectro utilizado para tratar variadas infecciones bacterianas. Debido a su gran utilidad y bajo costo, la ampicilina puede utilizarse como un medicamento modelo para estudiar los procesos de adsorción de fármacos en materiales porosos como la sílica. Al respecto, los métodos DFT se han convertido en una herramienta importante para comprender el comportamiento de los materiales durante la adsorción de moléculas en superficies sólidas. En este trabajo, mediante cálculos realizados con el programa Vienna Ab initio Simulation Package, estudiamos la adsorción del fármaco ampicilina en dos planos característicos de la sílica, las superficies hidroxiladas SiO2(001) y SiO2(111). Se analiza la mejora en la adsorción cuando el sistema se funcionaliza con grupos amino, y se estudian los cambios en la adsorción para las especies de la ampicilina dependientes del pH del medio.Item Dependencia de la adsorción de la dacarbazina con el pH : estudio del fármaco transportado en superficies de carbono(2021-04) Román, Gabriel Eduardo; Díaz Compañy, Andres Carlos Daniel; Simonetti, Sandra IsabelDebido a los efectos secundarios de la mayoría de los medicamentos terapéuticos, es de vital importancia desarrollar fármacos dirigidos a las células enfermas mediante un transportador adecuado. En particular, los materiales de carbono adquieren en la actualidad un número creciente de aplicaciones como transportadores para fases activas. La característica principal de estos materiales se establece por su textura y la química de la superficie. En relación, los métodos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) pueden proporcionar detalles atomísticos de importancia. En este trabajo se estudia, mediante cálculos realizados con el programa Vienna Ab initio Simulation Package, la capacidad de la superficie de carbono prístina y funcionalizada con el grupo carboxilo (-COOH) para adsorber a las distintas especies del fármaco dacarbazina a diferente pH, y se predicen las condiciones para su liberación.Item Efecto del coeficiente U de Hubbard sobre las propiedades ópticas y cargas de los semiconductores TiO2 y el ZnO(2021-10) Rossi Fernández, Ana Cecilia; Meier, Lorena A.; Schvval, Ana Belén; Jiménez, María Julia; Cabeza, Gabriela Fernanda; Morgade, Cecilia Inés NoraLas nanoestructuras de semiconductores como el TiO2 y el ZnO han demostrado ser capaces de mediar la oxidación fotocatalítica de contaminantes orgánicos para su eliminación del agua. Por eso es interesante la descripción correcta de sus propiedades electrónicas y ópticas. La Teoría del Funcional de la Densidad (DFT)1) suele subestimar por ejemplo el ancho de banda prohibida (BG) de estos óxidos. Entonces para resolver los errores de auto-interacción para materiales de electrones fuertemente correlacionados se utiliza el método conocido como DFT + U2). Este método impone un coeficiente U, de Hubbard, de funcional tipo Coulomb para la representación correcta de los orbitales d de metales de transición como el Ti y el Zn. En el presente trabajo teórico se pudo evaluar como el factor U utilizado afecta las distintas propiedades ópticas y la carga de los átomos. Se pudieron calcular las partes imaginarias y reales de la función dieléctrica, reflectividad R (ω), Índice de refracción n (ω), coeficiente de extinción k (ω), coeficiente de absorción α (ω) y la función de pérdida de energía de electrones L (ω). Es importante destacar que las curvas obtenidas considerando la inclusión del parámetro U aplicado a los orbitales d muestran un excelente acuerdo con los datos reportados experimentalmente. Con respecto al efecto sobre las cargas, se pudo determinar que en TiO2 (anatasa o rutilo) el volumen de la esfera con la que se calculan las cargas de Bader aumenta con el valor del U, mientras que en ZnO ocurre lo opuesto.Item Modelado teórico de fotocatalizadores basados en BiOX(2021-10) Fuente, Silvia Andrea; Schvval, Ana Belén; Duran Álvarez, J. Carlos; Cabeza, Gabriela F.; Morgade, Cecilia Inés NoraLos materiales fotocatalizadores prometen un amplio campo de aplicación en procesos de decontaminación de aguas residuales, purificación del aire y producción de energía limpia a través de la separación del agua en H2 y O2 entre otros. Los oxihaluros de bismuto (BiOX (X = F, Cl, Br,I) son compuestos semiconductores ternarios, los cuales presentan una alta actividad fotocatalítica bajo radiación ultravioleta (UV) o visible. Son, a la fecha, los menos estudiados. Se consideran de importancia ya que presentan mayor actividad fotocatalítica que el TiO2, el cual es el referente comercial más utilizado en el campo ambiental. Poseen excelentes propiedades eléctricas y ópticas por lo cual se han convertido en una opción ideal como nuevos fotocatalizadores de luz visible [1]. Los BiOX cristalizan en una estructura tipo matlockita, con capas de Bi2O2, intercaladas por una doble capa de átomos de halógeno. El objetivo principal de este trabajo es realizar un modelo teórico de los mismos que se correlacione con los estudios experimentales existentes, a través del cual se pueda analizar su comportamiento como fotocatalizadores. Para representarlos se realizó un modelo teórico-cuántico basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT-D3) [2], considerando la corrección de Grimme que tiene en cuenta las fuerzas de Van der Walls. Se utilizó el paquete comercial VASP [3] y la aproximación de slabs para representar superficies extendidas. Se focalizó en el modelado del bulk y la superficie (001) (por ser la más estable), para los cuatro halógenos. Para los cálculos se utilizó el funcional de correlación e intercambio PBE y una energía de corte de 520 eV. Observando las energías totales de las diferentes terminaciones superficiales (X, O y Bi) para cada uno de los halógenos que conforman los diferentes BiOX, se llega a la conclusión de que las superficies terminadas en halógeno son las más estables. Los enlaces tipo puente hidrógeno que existen entre los halógenos son los más débiles y fáciles de romper para generar dichas superficies. Analizando las densidades de estado (DOS) se puede concluir que el borde superior de la banda de valencia en todos los casos es el mismo, el cual está relacionado con los potenciales de oxidación. El potencial de reducción está vinculado con el borde inferior de la banda de conducción, y se ve que en este caso el flúor es el más reductor.Item Estudio teórico comparativo de NaF acuoso sobre TiO2(101) anatasa y TiO2(110) rutilo(2021-10) Meier, Lorena A.; Schvval, Ana Belén; Morgade, Cecilia Inés NoraEl flúor (F) en concentraciones superiores a 1.7 mg/L[1] puede provocar fluorosis dental y ósea, así como daño neurológico entre otros importantes problemas de salud[2]. La ingesta de este elemento se vuelve problemática en zonas endémicas de alta concentración en el agua de bebida. El propósito del presente trabajo es estudiar superficies estables de TiO2 en sus estructuras anatasa y rutilo como posibles materiales adsorbentes para la remoción de dicho ion. Los resultados basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) fueron obtenidos empleando el código VASP utilizando una base de ondas planas y condiciones periódicas. Se estudió la adsorción de NaF sobre la superficie de anatasa con y sin presencia de agua. Al adicionar NaF y dos moléculas de agua para simular disolución acuosa se observa que el átomo de F se adsorbe sobre un átomo de Ti insaturado pentacoordinado en la superficie de TiO2(110) de rutilo, mientras que ocupa un sitio intersticial en la superficie de TiO2(101) correspondiente a la anatasa. Es interesante destacar que en el caso de fluoruro de sodio en anatasa sin la presencia de agua (NaF/A) la hibridación entre el átomo de F y el Ti se produce en la banda de conducción (BC) asociado a un valor de orden de enlace (BO) despreciable, indicando que la unión no es enlazante. Diferente es la situación para el polimorfo rutilo (NaF/R) que presenta para el átomo de flúor y el Ti más próximo una hibridación interesante en la banda de valencia (BV) acompañada de un valor de BO importante. La presencia de H2O en ambos sistemas permite observar que para el caso de anatasa (NaF-2H2O/A) la hibridación se produce en la BV pero entre el átomo de flúor intersticial y los átomos de oxígenos cercanos, mientras que para rutilo (NaF-2H2O/R) la interacción enlazante se produce en la misma banda pero entre el F y los Ti aledaños de la superficie.Item Estudio teórico comparativo de la adsorción de fluoruros en diferentes óxidos(2021-10) Meier, Lorena A.; Morgade, Cecilia Inés Nora; Schvval, Ana Belén; Rossi Fernández, Ana Cecilia; Fuente, Silvia AndreaEl anión fluoruro es uno de los contaminantes presentes en aguas de diferentes orígenes en muchas partes del mundo. Entre las diversas tecnologías utilizadas para la defluoruración se han probado algunas basadas en coagulación, precipitación, procesos de membrana, tratamientos electrolíticos e intercambio iónico. También han sido estudiados experimentalmente procesos de adsorción en diferentes materiales, entre los que se encuentran Fe2O3, MgO y TiO2 [1]. Por esta razón, y con la finalidad de buscar la optimización de estos, por su menor costo comparativo se decidió estudiar, en forma teórica y con la metodología DFT [2], la adsorción de fluoruros (NaF en este caso) en dichos óxidos para explicar las interacciones de los mismos a nivel molecular. En todos los casos se modelaron las superficies más estables ((0001) para Fe2O3, (100) para MgO, (101) para TiO2 anatasa y (110) para TiO2 rutilo). Las energías de adsorción obtenidas fueron -3.73 eV para Fe2O3, -2.62 eV para MgO, -2.98 eV para TiO2 anatasa y -3.42 eV para TiO2 rutilo, todas ellas indicativas de afinidad adsortiva. En todos los casos, se observa elongación del enlace Na-F respecto a la molécula libre, siendo más notorio en el caso del Fe2O3. Además, se obtienen valores elevados de bond order entre el átomo de flúor y el metal de la superficie del óxido correspondiente (0.53 para Fe2O3, 0.25 para MgO, 0.35 TiO2 anatasa y 0.29 para TiO2 rutilo). La transferencia de carga electrónica en todos los casos, se produce desde el F al metal a excepción del sistema MgO.