B. Facultad de Ciencias Básicas

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Examinando B. Facultad de Ciencias Básicas por Autor "Alcalá Varilla, Luis Arturo"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Caracterización de propiedades estructurales y electrónicas de la superficie de dióxido de titanio con impureza de cerio.
    (2023-03-03) Pajaro Polo, Lorena; Alcalá Varilla, Luis Arturo
    En el presente trabajo de grado se determinaron las propiedades estructurales y electrónicas de superficie de dióxido de titanio (TiO2), con adición de impureza de cerio (Ce). Para ello, se realizaron simulaciones de primeros principios en el marco de la teoría de la funcional de la densidad (density functional theory, DFT) aplicando el método de pseudopotencial, implementado en el paquete computacional Quantum ESPRESSO. Para la interacción electrón–electrón se utilizó la aproximación de gradiente generalizado (Generalized Gradient Approximation: GGA) en la parametrización de Perdew - Burke - Ernzerhof (PBE) y se tuvo en cuenta la corrección de hubbard (U) para los átomos de titanio. Inicialmente, se optimizaron los parámetros estructurales; en esta instancia se determinó la energía del estado base de la superficie limpia y de la superficie dopada. Entre los resultados encontrados se evidencio el carácter semiconductor del TiO2 a partir de cálculos de la densidad de estados, además se pude determinar que al introducir un átomo de cerio en la superficie del dióxido de titanio podría proporcionar mayor actividad fotocatálitica en la degradación de contaminantes, reducir la banda de energía, brindando mejor aprovechamiento del espectro visible.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Caracterización de propiedades estructurales y electrónicas de superficies de óxido de zinc con impureza de cerio
    (2023-08-17) Doria Hernández, Ángeles del Carmen; Alcalá Varilla, Luis Arturo
    Se realizó un estudio basado en simulaciones computacionales sobre las propiedades estructurales y electrónicas de la superficie 001 de ZnO (en fase Wurtzita) pura y dopada con Cerio (Zn_x Ce_(1-x) O), para determinar las posibles mejoras en la actividad fotocatalítica que produce el Ce al sistema ZnO, Los cálculos se realizaron usando la teoría del funcional de la densidad (Density Functional Theory: DFT) dentro de la aproximación del gradiente generalizado (Generalized Gradient Approximation: GGA) de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) junto con pseudopotenciales atómicos ultrasuaves y una base de ondas planas como se implementa en el paquete Quantum-ESPRESSO. El nivel de concentración de dopaje considerado en este trabajo fue de 6.25% y se encontró que en la superficie pura cambiaron ligeramente las longitudes de enlace, quedando expuestos oxígenos tres veces coordinados, es decir, pierde un enlace respecto al Bulk, haciendo que estos oxígenos sean más reactivos debido al enlace que pierde y, por tanto, se espera que la superficie pura sea más reactiva. En las propiedades electrónicas encontramos que hacia la izquierda de la energía de fermi hay electrones ocupados y a la derecha en la banda de conducción hay estados intermedios, los cuales consisten en estados desocupados que reducen su bangap debido a los orbitales 2p de átomos de zinc expuestos en la superficie. Al adicionar impurezas de Ce al ZnO, distorsiona ligeramente las longitudes de enlace, debido a la pequeña diferencia de Radio covalente que el átomo de Cerio tiene con respecto al Zinc, también se debe a que cuando se dopa en la última capa hay ¾ oxígenos que ganan cargas con respecto a la superficie limpia, y esto nos indica que es probable que se pueden absorber contaminantes en futuros estudios. También se presentaron cambios en las propiedades electrónicas, ya que el cerio introduce aún más estados intermedios en el bangap con respecto a la superficie limpia, es decir, hace que tenga un comportamiento más metálico. Lo anterior, puede sugerir que probablemente el sistema Zn_0,9375 Ce_0,0625 O pueda absorber luz visible, lo cual podría conllevar a posibles mejoras en las propiedades fotocatalı́ticas del material.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Efectos de impurezas de cerio sobre las propiedades estructurales y electrónicas del óxido de zinc
    (2023-03-03) Ortíz Romero, José Daniel; Alcalá Varilla, Luis Arturo
    En este trabajo, se estudiaron los efectos de impurezas del Cerio sobre las propiedades estructurales y electrónicas de Óxido de Zinc en su fase Wurtzita, mediante simulaciones computacionales utilizando la Teorı́a del Funcional de Densidad (DFT), para ello se usó la aproximación de gradiente generalizado en la parametrización de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE). El interés en estudiar teóricamente las propiedades del semiconductor Óxido de Zinc (ZnO) cuando es dopado con Cerio (material perteneciente al grupo de los lantánidos), se debe a que recientemente estudios experimentales han comprobado que este material posee características de gran interés para aplicaciones fotocatalı́ticas, equipos eléctricos, tratamientos de aguas residuales y lubricantes. Se inició con la caracterización de los parámetros estructurales del material ZnO, seguidamente de un estudio electrónico mediante las densidades de estados total y parcial, posteriormente se procedió a estudiar los efectos de impurezas del cerio en el bulk ZnO a una determinada concentración, se obtuvo cambios en los parámetros estructurales y en las propiedades electrónicas por medio de un estudio de densidad de estados parcial y total.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Efectos de vacancias de oxígeno sobre las propiedades estructurales y electrónicas del Bulk de TiO2 en fase anatasa
    (2023-01-17) Díaz Díaz, Danna Camila; Alcalá Varilla, Luis Arturo
    Mediante simulaciones computacionales de primeros principios, en el marco de la teoría del funcional de la densidad (DFT), se realizó un estudio de los efectos que tienen las vacancias de oxígeno sobre las propiedades estructurales y electrónicas del dióxido de titanio (TiO2) en fase anatasa. Para ello se usó la aproximación de gradiente generalizado en la parametrización de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE), al igual que la corrección de Hubbard (U). Entre los resultados encontrados se evidencio el carácter semiconductor del TiO2 a partir de cálculos de la densidad de estados y también se determinó que las vacancias de oxígeno producen estados intermedios en la banda prohibida de energía, observando que estos últimos están constituidos principalmente por orbitales d de átomos de titanio próximos a la vacancia.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Estudio de clústeres de cobre (𝑪𝒖𝑵 N=2-5) como almacenadores de co2 usando métodos de primeros principios
    (Universidad de Córdoba, 2020-11-12) Nuñez De los Reyes, Wilmer; Alcalá Varilla, Luis Arturo; Pérez Sotelo, Dairo Enrique
    Se realizó un estudio teórico sobre la adsorción de CO2 por pequeños clústeres de isómero de cobre CuN (N=2-5) en el marco de primeros principios DFT. La adsorción de la molécula de CO2 en los pequeños clústeres de 〖Cu〗_N no se informa en la literatura según nuestro conocimiento. Las interacciones químicas del sistema 〖Cu〗_N-CO2 son importantes para comprender los mecanismos de oxidación, activación, adsorción y disociación de CO2 catalizados por cobre. El análisis de propiedades, tanto estructurales como electrónicas como geometrías optimizadas, nivel de energía HOMO – LUMO, energía de adsorción (Eads), análisis de población de cargas Lowdin y DOS de los clústeres 〖Cu〗_N y 〖Cu〗_N 〖CO〗_2 en su estado fundamental se presenta de manera integral. Nuestros cálculos indican una activación significativa de 〖CO〗_2, con C – O extendiéndose hasta 1.20-1.26 Å en 〖CO〗_2 adsorbido sobre clústeres de 〖Cu〗_N con respecto a la longitud de enlace de C – O de 1.17 Å en molécula de 〖CO〗_2 gaseoso. También se afirma que el proceso de adsorción es quimisorción, con una longitud de enlace Cu-C y Cu-O en el rango de 2.07-2.26 Å y 2.0-2.15 Å respectivamente. La transferencia de carga de los clústeres de 〖Cu〗_N a la molécula de CO2 fue confirmada por el análisis de carga Lowdin. Se encuentra que la molécula de CO2 adquiere una carga significativa al ser adsorbida en el clúster de Cu, lo que lleva a la formación de la especie 〖〖CO〗_2〗^(-δ) doblada. Por el grafico DOS inferimos que al aumentar el tamaño del clúster 〖Cu〗_N, aumenta su reactividad frente a la adsorción CO2, posiblemente a que la brecha energética entre el core y el máximo de la banda de valencia disminuye, permitiendo que exista una mayor promoción de electrones a niveles más altos de energía y aumento de sitios en la estructura del sistema metálico con mayor riqueza de electrones para formar enlaces covalentes con la molécula de CO2. Tras presentarme la adsorción de CO2, los electrones de la banda del orbital Cu(d) se comparten con las bandas de los orbitales O(p) y C(p) cerca del nivel de fermi, de manera que esta hibridación de orbitales es más fuerte al aumentar el tamaño del clúster.
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    PublicaciónEmbargo
    Estudio DF T + U de las propiedades estructurales y electrónicas de clústeres de cobre dopados con rutenio Cu_(n−1)Ru (n = 3 − 6)
    (Universidad de Cordoba, 2024-01-30) Hoyos Morelo, Rodrigo Miguel; Alcalá Varilla, Luis Arturo; Ortiz Romero, José Daniel
    En este trabajo, se hizo un estudio teórico de las propiedades estructurales y electrónicas de nanoclústeres de cobre (Cu) dopados con rutenio (Ru) (perteneciente al grupo de metales de transición), para ello se utilizo simulaciones computacionales basadas en la Teoría del Funcional de la Densidad (Density Funtional Theory: DFT), la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA), la corrección de Hubbard (U), dispersión de van der Waals (vdW) y Pseudopotenciales. Se eligieron las estructuras más estables de cobre puro previamente investigadas. Luego, se doparon dichas estructuras con un átomo de rutenio en diferentes posiciones. Posteriormente, se analizaron las propiedades estructurales y electrónicas de las estructuras resultantes convergentes, comparándolas con las estructuras de cobre puras. Los resultados indicaron que la introducción de impurezas de rutenio en las estructuras de cobre puro mejora sus propiedades magnéticas. Además, se observó un aumento significativo en las longitudes de enlace de los nanoclústeres de cobre dopados con rutenio en comparación con las estructuras puras, a su ves las energías de enlace entre átomos aumento considerablemente, lo cual indica que los clústeres de cobre dopados con rutenio tiene una mayor estabilidad en términos de enlace. Finalmente, se analizó como cambian las densidades de estados de las estructuras dopadas en comparación con las estructuras de cobre puras.