Efecto del tamaño de las nanopartículas de TiO2 en sus propiedades ópticas estudiadas usando DFT+U

SERGIO SCHINCA VANINI; GABRIELA F. CABEZA

Rio Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y materiales nanoestructurados NANO2022; 2022

UNRC

El dióxido de titanio (TiO2) es de gran interés debido a subajo costo, compatibilidad ambiental y estabilidad química. Ha sido utilizadoen muchas áreas, pero su aplicación fotocatalítica sigue siendo un desafío porsu ancho band gap (3.2 eV) y porque la rápida recombinación de los pareselectrón-hueco (e- - h+) disminuye su actividadfotocatalítica. La actividad fotocatalítica a escala nanométrica y su aplicación siguesiendo un área de investigación intensiva, ya que podrían utilizarse como electrocatalizadorespara acelerar la reacción catódica de reducción del oxígeno en celdas decombustible. Entonces, es necesario identificar y analizar las propiedades de nanoestructurasestables de TiO2 ya que es el punto de partida en el estudio deestos electrocatalizadores soportados sobre estructuras grafíticas. Figura 1 – Energía de banda prohibida (Eg) óptica y energía de transición Homo-Lumo. En el recuadro se muestra la estructura obtenida con N = 5. En este trabajo estudiamos las propiedades de nanoclústeres de (TiO2)Nsiendo N el número de unidades de TiO2 con N = 1 – 9, 25 utilizandocálculo de primeros principios empleando el código VASP[[i]]. En particular,los sistemas para N = 5 – 9, 25 fueron obtenidos a partir de truncar laestructura anatasa bulk [[ii]]y empleando dinámica molecular ab initio a 300 K para obtener la geometría más estable. Posteriormente,utilizamos DFT + U [[iii]-[iv]]para estudiar las propiedades electrónicas y ópticas.Los sistemas tienden a clusterizarse y aformar estructuras estables a medida que aumenta N. También hallamos que U = 8eV mejora la energía de cohesión, enlace y de banda prohibida. A partir de laspropiedades ópticas obtuvimos la energía de banda prohibida y observamos que enla mayoría de los casos los valores son mayores que en el bulk. 1.      Kresse, G., & Hafner, J. Physical review B Condens, 47(1), (1993) 558.2.       Auvinen, et al. J. Phys. Chem. C, 115 (17) (2011) 8484-8493.3.       Fernández, A. R., etal. Mater. Today 27 (2021) 102368.4.       Mahmood, T., et al. J. Optoelectron. Adv. Mater. 16 (2014) 117-122.