Estudio DFT de la adsorción de Li sobre GDY prístino

JIMÉNEZ, M. J.; JUAN J; BECHTHOLD, P.; NAGEL, O; GONZÁLEZ, E. A.

Bahía Blanca

Congreso; 108 Reunión Asociación Físca Argentina; 2023

Las serias consecuencias del calentamiento global impulsan al desarrollo y la búsqueda mundial de fuentes de energía sostenibles que reduzcan la dependencia de combustibles fósiles y la emisión de gases de efecto invernadero. En conjunto al constante desarrollo de dispositivos electrónicos, se requieren circuitos cada vez más pequeños y para almacenar la energía proveniente de fuentes de energías renovables intermitentes o no, se demandan capacidadessignificativas de almacenamiento. Por esto, es necesario proveer energía para el correcto funcionamiento de estos dispositivos. El estudio y el desarrollo tecnológico de materiales electrónicos portables convierten a las baterías de ión litio (LIB) en esenciales por su alta densidad de energía comparada con otras baterías recargables, y son las que mejor se adaptan a estas dos características. Los materiales con baja dimensionalidad, en particular, los materiales 2D son ampliamente estudiados teórica y experimentalmente por sus potenciales aplicaciones en catálisis, espintrónica, fotónica y almacenamiento de energía, entre otras aplicaciones. Los basados en C son constantemente estudiados por sus tres clases de estados hibridizados sp3, sp2 and sp que pueden dar lugar a numerosos alótropos en la naturaleza por sus potenciales aplicaciones tecnológicas,lo que constituye un desafío en el campo de la ciencia de los materiales. Graphdiyne (GDY) es un alótropo del C perteneciente a la familia de los grafenos. El modelo estructural se propuso en 1997 y está compuesto por átomos de C hibridizados con enlaces sp2-sp por enlaces conjugados. El primero en sintetizar GDY fue Li et al. con una reacción de acoplamiento cruzado en la superficie del cobre en 2010. En este trabajo, estudiamos el efecto del dopaje de átomos de Li en las propiedades electrónicas y estructurales de GDY basados en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) mediante el código VASP. La celda unidad de GDY se modeló con una supercelda conteniendo 18 átomos de C con condiciones periódicas de contorno para simular el plano GDY.Primero, se estudia la adsorsión de un átomo de Li sobre el plano GDY. Los sitios de adsorsión son: en el centro de los hexagonos y en el centro de los poros triangulares. Luego uno a uno se suman en las esquinas de los poros para formar un triángulo y posteriormente un tetraedro. Estas configuraciones se nominan Li-01 a 10. Los resultados estructurales y energéticos indican que, de todas las estructuras optimizadas indican que el sitio de adsorsión más favorable es en la esquina de un poro triangular, cercano a los hexagonos: la estructura Li-03. Esta estructura presenta mejores valores de energías de asdorsión y estabilización estructural. Los átomos de Li ocupan los estados disponibles al nivel de Fermi, dentro del band gap de GDY. Para valores de cubrimiento superiores al 30 %, se compromete la estabilidad estructural de GDY para la adsorción, indicando bajas energías de adsorción y valores desfavorables de energías por átomo.