Estudio DFT sobre la estabilidad de las propiedades estructurales y electrónicas de nanoestructuras de TiO2

SERGIO SCHINCA VANINI; GABRIELA F. CABEZA

Córdoba

Congreso; 106a Reunión Nacional de Física; 2021

AFA

Eldióxido de titanio (TiO2) es de gran interés debido a su bajo costo, compatibilidadambiental y estabilidad química. Ha sido utilizado en muchas áreas, pero suaplicación fotocatalítica sigue siendo un desafío por lo ancho de su band gap (3.2 eV) y la rápida recombinación de los pares electrón-hueco(e? ? h+) que da como resultado una disminución en suactividad. Aescala nanométrica, las propiedades de los sistemas difieren de las del bulk y varios estudios sobre clústeres de partículas en elrango de los nanómetros han revelado algunas inusuales geometrías de enlace [1-3].Esto invita a examinar el efecto del tamaño en las propiedades estructurales yaque las nanopartículas de TiO2podrían ser utilizadascomo electrocatalizadores empleados en celdas de combustible debido a laposibilidad de generar H2 apartir de la descomposición del agua mediante radiación electromagnética [6,7].Elpropósito de este trabajo es investigar de forma teórica las propiedades de nanoclústeresde TiO2 utilizando cálculos de primeros principios empleando elcódigo VASP [8-11]. Se estudiaron las propiedades de nanopartículas de (TiO2)N en función del número de formula unidad(f.u.) con N = 1 ? 9. En particular, los sistemas para N = 5 ? 9 se obtuvierona partir de truncar la estructura anatasa bulk y se empleó dinámica molecular ab initio a 300 K para obtener la geometría más estable. Seevaluaron tendencias en propiedades tales como la longitud de enlace promedio,la energía de cohesión y la energía de enlace. Encontramosque los sistemas tienden a la clusterización, incluso cuando el número de f.u.es mayor que en la celda unitaria de la estructura bulk y que la longitud de enlace promedio permanece casiconstante a pesar de que aumenta el numero de f.u. de TiO2. Elestudio se completó analizando la densidad de estados, hallando en todos loscasos una energía de bandgap menor a la anatasa bulk.