Estudio teórico de las propiedades electrónicas de la titania dopada con C y N en presencia de vacancias de O

C.I.N. MORGADE; G.F. CABEZA; N.J. CASTELLANI

Rosario

Encuentro; 5to. Encuentro de Física y Química de Superficies; 2011

Universidad Nacional de Rosario

Este trabajo es parte de un estudio más profundo que involucra al óxido de titanio, en sus estructuras anatasa y rutilo, como fotocatalizador. La iluminación de un semiconductor como el TiO2 produce pares electrón-hueco que pueden emigrar a las superficies e iniciar una gran cantidad de reacciones redox, llevando a la completa mineralización de desechos orgánicos disueltos en fase acuosa. La representación de su estructura electrónica es fundamental. El TiO2 posee bandas prohibidas de 3.2 eV y de 3.0 eV en sus estructuras anatasa y rutilo, respectivamente. Ninguno de los potenciales de correlación e intercambio conocidos hasta el momento, dentro del formalismo de la Teoría de la Funcional Densidad, reproducen bien los mencionados anchos de banda prohibida. La inclusión del término U (coeficiente de Hubbard) actuando sobre los estados d del Ti, promueve la localización de exceso de carga electrónica con una distribución cualitativa que depende del valor de U. Nuestros resultados muestran una mejora considerable de la representación de las densidades de estado utilizando un valor de U de 5.31 eV, obtenido posteriormente a un riguroso análisis del comportamiento de los diferentes sistemas para diferentes valores del mismo. Asimismo nuestros cálculos se han realizado considerando la polarización de spin ya que consideramos que es fundamental para estudiar adecuadamente los efectos de aniones dopantes sustitucionales y/o intersticiales y de vacancias de oxígeno consideradas como único defecto o en adición a átomos dopantes. En este trabajo presentamos los resultados obtenidos usando LSDA+U, con U=5.31 eV de las estructuras anatasa y rutilo (geométricamente optimizadas): puras, dopadas sustitucionalmente con C o N, dopadas intersticialmente con C o N, con vacancias de O y los mismos sistemas con vacancias de O combinadas con aniones dopantes. El método de cálculo empleado es el VASP.