El objetivo de esta tesis es realizar un estudio teórico utilizando herramientas de
primeros principios para determinar las propiedades del TiO2 modificado,
relacionándolas con las potenciales aplicaciones catalíticas en la búsqueda de nuevos
materiales de interés tecnológico. En todos los casos presentados, se ha intentado
aportar claridad a la controversia existente en la literatura con respecto a algunas de las
múltiples posibilidades de modificación del semiconductor estudiado entendiendo que
el espectro de posibilidades ingenieriles de este material es altamente auspicioso y
versátil.
El dióxido de titanio (TiO2) es un semiconductor sensible a la luz que absorbe
radiación electromagnética cerca de la región UV. Es anfotérico, muy estable
químicamente y no atacable por la mayoría de agentes orgánicos e inorgánicos, no
tóxico y biocompatible.
Primeramente, se llevó a cabo una optimización meticulosa de las estructuras
más estables, como lo son anatasa y rutilo, ya que es sabido que la titania no es un
sistema de fácil modelado y que las propiedades electrónicas son altamente
dependientes de la representación y códigos computacionales utilizados.
Las modificaciones estructurales y electrónicas producidas por el monodopado,
con elementos metálicos (Pt y V) y no metálicos (C y N) en diferentes posiciones y a
diferentes concentraciones, así como las originadas por el codopado, han sido
estudiadas en la búsqueda de mejorar la actividad catalítica.
De acuerdo a evidencia experimental, la hetero-unión de dos catalizadores
diferentes o de dos o más fases de un mismo catalizador como la titania, favorece la
actividad posiblemente debido a una mayor eficiencia en la separación de los portadores
de carga que actuarían modificando las propiedades óxido-reductoras finales del
sistema. A fin de comprender los mecanismos implicados en la misma, se realizó un
análisis de la alineación de las bandas en las fases mixtas anatasa-rutilo de la titania.
Por último se modelaron dos de los pasos elementales de la reacción de
conversión de monóxido de carbono (CO) con agua o water gas shift (WGS) en los
sistemas metal/soporte puro y modificado, como complemento de resultados
experimentales llevados a cabo por colaboradores, con la intención de realizar un aporte
a la investigación aplicada. / The objective of this thesis is to perform a theoretical study using first principles
tools to determine the properties of the modified TiO2, relating them to the potential
catalytic applications in the search for new materials of technological interest. An
attempt has been made, in all cases presented, to provide clarity to the long-standing
controversy in the literature with regard to the many engineering possibilities of this
highly auspicious and versatile material.
Titanium dioxide (TiO2) is a light-sensitive semiconductor which absorbs
electromagnetic radiation near UV region. It is amphoteric, chemically stable and not
liable to be attacked by most organic and inorganic agents; it is also non-toxic and
biocompatible.
Firstly, a careful optimization of the most stable titania structures, as both
anatase and rutile are, has been carried out because it is known that it is not an easy
modeling system and their electronic properties are highly dependent on the
representation and computational codes used.
The structural and electronic modifications produced by monodoping with
metals (Pt and V) and non-metals (C and N) in different positions and at different
concentrations, as well as those caused by the codoping, have been studied in the search
for improved catalytic activity.
Based on experimental evidence, the hetero-junction of two different catalysts or
of two or more phases of the same catalyst as titania, favors the activity possibly due to
greater efficiency in the separation of the charge carriers that act by modifying the final
oxide-reducing properties of the system. In order to understand the mechanisms
involved in it, an analysis of the alignment of the anatase-rutile bands of titania mixed
phase was made.
Finally two of the elementary steps of the water gas shift (WGS) reaction on the
pure and modified metal/support systems were modeled, as a complement to
experimental results conducted by collaborators with the intention to make a
contribution to applied research.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/2546 |
| Date | 16 December 2015 |
| Creators | Morgade, Cecilia Inés Nora |
| Contributors | Cabeza, Gabriela Fernanda |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Rights | 2 |
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