Propiedades fotocatalíticas y magnéticas de anatasa dopada con V. Estudio teórico empleando DFT

GABRIELA F. CABEZA; NORBERTO J. CASTELLANI

Santiago de Chile

Congreso; SAM/CONAMET 2008; 2008

SOCHIM/SAM

Las propiedades electrónicas y la presencia de ferromagnetismo en TiO2 (anatasa) dopada con vanadio son investigadas por medio de cálculos de primeros principios basados en la teoría de la funcional densidad. El presente trabajo tiene un doble propósito. Primero, establecer una relación entre la naturaleza química del elemento dopante y las propiedades catalíticas del volumen. Muchos estudios reportaron a la anatasa como excelente semiconductor fotocatalítico con posibles aplicaciones en la purificación medioambiental y en la fotodegradación de componentes orgánicos. La anatasa tiene un ancho de banda de ~ 3eV, el cual puede ser sólo excitado ante la presencia de luz ultravioleta. El dopaje con metales de transición reduciría el mismo facilitando la excitación con luz visible. Segundo, se pretende clarificar el efecto del dopaje con V sobre la presencia de magnetismo en el substrato. Se sabe que el momento magnético de un átomo aislado de V es de 3 mB, mientras que un volumen de V es paramagnético. Estudios demuestran que la anatasa dopada con V exhibe ferromagnetismo a temperatura ambiente, convirtiéndolo en un potencial semiconductor magnético diluido (DMS) aplicable en instrumentos espintrónicos. Los resultados obtenidos nos llevan a concluir que, por un lado, la presencia de V produce un angostamiento en el ancho del gap del 27% favoreciendo la adsorción a mayores longitudes de onda. A partir del análisis de la densidad de estados, se observa que el nivel de Fermi no cruza ningún estado indicando que es aislante. Hay estados 3d del V localizados en el ancho de banda. Los estados spin-up están próximos al nivel de Fermi y los estados spin-down se ubican cercanos a la banda de conducción. El desbalance entre ambos estados implica la presencia de ferromagnetismo. El momento magnético encontrado es de ~ 1 mB en acuerdo con resultados experimentales obtenidos de la literatura.