Simulaciones computacionales de propiedades foto físicas y catalíticas en óxidos nano estructurados

• Autores: Márquez, Dalma Micaela
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Soldano, Germán José; Iglesias, Rodrigo Alejandro; Borosky, Gabriela Leonor; Puiatti, Marcelo; Fernández Alberti, Sebastián
• Materia: Simulación por computador; Nanocables; Nanotecnología; Nanopartículas del metal; Óxidos metálicos; Celda de combustible; Electroquímica; Oxido de titanio; Óxido de Zinc; Catálisis
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2022
Fil: Márquez, Dalma Micaela. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Resumen: El siglo pasado fue testigo de una increíble cantidad de avances tecnológicos que han cambiado considerablemente nuestro estilo de vida. El uso extensivo y la creciente dependencia de equipos eléctricos y electrónicos han aumentado los requisitos de energía a escala mundial. Con la disminución de las reservas de combustibles fósiles, existe una necesidad urgente de encontrar recursos energéticos alternativos para satisfacer la creciente demanda. Estos recursos energéticos deben ser eficientes, rentables y ecológicos. En este contexto, el aprovechamiento de la energía solar, se convierte en una propuesta muy atractiva. La luz solar que llega a la superficie de la Tierra todos los días supera con creces la demanda anual. Un conjunto de celdas solares de eficiencia moderada (con una eficiencia del 8% al 10 %) que cubra un área limitada de la superficie terrestre podría proporcionar una enorme cantidad de energía eléctrica y, por lo tanto, ayudaría a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El interés en la investigación y el desarrollo de celdas solares sensibilizadas por colorantes (DSSC) se extiende actualmente a numerosos laboratorios académicos e industriales. Miles de investigaciones sobre el desempeño se publican en la literatura científica, y además el número de patentes que se registran en esta área crece exponencialmente con los anos. Las DSSC son una tecnología contemporánea e importante que evoluciona rápidamente. Las mismas resultan de la unión de conceptos utilizados en celdas solares fotovoltaicas, nano ciencia, nanotecnología y reacciones de transferencia de electrones inducidas por luz y además casi todos los componentes son sintonizables", lo cual ha abierto grandes oportunidades para químicos y científicos de materiales. La tesis que se presenta a continuación se divide en dos partes. En la primera parte se realizaron simulaciones computacionales de semiconductores nano estructurados como TiO2 y ZnO sensibilizados con colorantes. Estos óxidos se utilizan comúnmente como foto electrodos en las DSSC debido, entre otras ventajas, al amplio GAP (banda prohibida, en ingles bandgap) y las diversas morfologías que presentan. Particularmente aquí se estudiaron nano partículas de TiO2 y nanowires (nw) de ZnO. Varios colorantes con dobles enlaces conjugados en sus estructuras y con distintos mecanismos de transferencia de carga se emplearon como sensibilizadores. En esta parte se analizaron principalmente las propiedades optoelectrónicas de los sistemas en cuestión, es decir, el estudio de la interacción de la luz con la materia. Para llevar a cabo esta investigación se utilizó la técnica TD-DFTB (implementada en el software dftb+), aprovechando no solo la experiencia en dinámica cuántica electrónica del grupo de investigación sino también la posibilidad que brinda este método de utilizar sistemas de muchos átomos a bajo costo computacional. Es importante destacar que uno de los primeros sistemas utilizados para realizar simulaciones de dinámica electrónica con la implementación de condiciones periódicas de contorno en el paquete dftb+ fueron los complejos colorante-nanowires de ZnO. También se presentó un modelo simple basado en el tight binding con el objetivo de comprender los parámetros clave que caracterizan una buena transferencia de carga entre sensibilizadores y un semiconductor no periódico como una nano partícula. La segunda parte se enfoca en otro tipo de herramientas computacionales como son los métodos DFT y la dinámica molecular para simular y analizar propiedades estructurales, termodinámicas, cinéticas y catalíticas de nanowires de ZnO en presencia de agua. En esta parte, es posible agregar realismo a los sistemas analizados. El empleo de la dinámica molecular permite analizar el efecto de la temperatura como así también las interacciones del nanowire con moléculas de agua, las cuales muchas veces están presentes a la hora de realizar un experimento.
2024-04-30
Fil: Márquez, Dalma Micaela. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.