Modelado computacional del comportamiento molecular en interfases y entornos nanoestructurados

Esta tesis considera la interacción de moléculas en interfases y entornos confinados, utilizando herramientas de simulación molecular en varias escalas. Se abordan dos temáticas de gran interés en el área de la fisico-química de materiales, tanto por su valor fundamental en el contexto de los fenómenos en la nanoescala, como por las implicancias tecnológicas que tienen asociadas. Primeramente se investiga la interacción de diversas moléculas sobre la superficie de Au(111). Este estudio abarca sistemas aromáticos y alifáticos capaces de formar monocapas auto-ensambladas (SAMs), y se extiende a porfirinas de cobalto, como prototipo de complejo molécula-superficie con propiedades promisorias como sensor de ligandos pequeños. En particular se analizan similitudes y diferencias en distintos adsorbatos en los cuales el enlace químico con la superficie se produce a través de átomos de C, S o Se. Se emplea la teoría del funcional de la densidad (DFT) para indagar acerca de la geometría y la estabilidad de la unión, las densidades de estados electrónicos (DOS) total y proyectada, el espín total, la polarización del enlace, y la transferencia de carga entre la molécula y la superficie. La segunda línea de trabajo explora el comportamiento del agua en entornos confinados, en particular en poros de diámetro nanométrico característicos de materiales meso y nanoestructurados. Frente al desafío de obtener una descripción cabal de estos sistemas, se utilizan herramientas computacionales que van desde la simulación desde primeros principios hasta la mecánica molecular clásica con campos de fuerza atomísticos y de grano grueso (coarse-grained). Así es posible describir, desde una perspectiva molecular, la estructura del agua, el proceso de llenado de los nanoporos y los fenómenos de histéresis y condensación capilar durante la adsorción. Se discute acerca de la incidencia del radio del poro y la filicidad de las paredes del mismo sobre estos fenómenos. También se brinda una descripción microscópica de la estructura del hielo y de los equilibrios sólido-líquido y líquido-gas en estos entornos altamente confinados.This thesis considers the interaction of molecules with interfaces and confined environments, using molecular simulation tools at different scales. Two major topics are addressed, of great relevance in the area of physical-chemistry of materials, both because of their fundamental value in the context of nanoscale phenomena, as well as for the technological implications associated with them. Firstly, we investigate the interaction of various molecules on the Au(111) surface. This study encompasses aromatic and aliphatic molecules able to form self assembled monolayers (SAMs), and is extended to cobalt porphyrins, as a prototype of a molecule-surface complex with promising properties for small ligand sensing. In particular, we analyze similarities and differences in different adsorbates in which the chemical bond with the surface is established through C, S or Se atoms. Density functional theory (DFT) is employed to inquire about the geometry and the stability of the interactions, the total and projected densities of electronic states (DOS and PDOS), the total spin, the polarization of the bond, and the charge transfer between the molecule and the surface. The second line of this work explores the behavior of water in confined environments, in particular in pores of nanometric diameters characteristic of meso and nanostructured materials. To face the challenge involved in a full description of these systems, computational tools are used ranging from first principles simulations to classical molecular dynamics with atomistic and coarse-grained forces fields. Thus it is possible to describe, from a molecular perspective, the structure of confined water, the filling process of the nanopore and the phenomena of hysteresis and capillary condensation during adsorption. We discuss about the incidence of the radius of the pore and the philicity of the interfaces on these phenomena. We also provide a microscopic description of the structure of ice, and of the solid-liquid and liquid-vapor equilibria on these highly confined environments.Fil:de la Llave, Ezequiel Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Electrochemical stability of glyme-based electrolytes for Li-O2batteries studied by: In situ infrared spectroscopy

In situ subtractively normalized Fourier transform infrared spectroscopy (SNIFTIRS) experiments were performed simultaneously with electrochemical experiments relevant to Li–air battery operation on gold electrodes in two glyme-based electrolytes: diglyme (DG) and tetraglyme (TEGDME), tested under different operational conditions. The results show that TEGDME is intrinsically unstable and decomposes at potentials between 3.6 and 3.9 V vs. Li+/Li even in the absence of oxygen and lithium ions, while DG shows a better stability, and only decomposes at 4.0 V vs. Li+/Li in the presence of oxygen. The addition of water to the DG based electrolyte exacerbates its decomposition, probably due to the promotion of singlet oxygen formation.Fil: Horwitz, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Calvo, Ernesto Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Méndez de Leo, Lucila Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: de la Llave, Ezequiel Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Bimodal mesoporous hard carbons from stabilized resorcinol-formaldehyde resin and silica template with enhanced adsorption capacity

Hard carbon powders with hierarchical mesoporous structure from resorcinol-formaldehyde polymer were successfully prepared by use of double pore forming method. Poly-diallyldimethylammonium chloride (pDADMAC) and commercial silica (Sipernat® 50) were used as structuring agent and hard template, respectively. Through the proposed procedure carbon powder with bimodal mesoporous size distribution (around 4?5 nm and 20?40 nm) and different pore volume ratios can be obtained, by changing the ratio pDADMAC/silica used in the synthesis. Pore volumes between 0.70 and 2.10 cm3·g−1, and specific surface areas between 662 and 998 m2·g−1 were obtained. Raman spectroscopy and X-Ray diffraction analysis showed that all the carbons presented a non-ordered mesopore structure, and a hard carbon micro-structure with roughly 40% of single-layer microstructures, an average of 2.6 stacked graphene layers, and an in-plane graphitic crystallite size around 3.4 nm. We have evaluated the adsorption of methylene blue, as a model of a pollutant dye, on the mesoporous carbons with different pore size distribution, and we found that carbons with bimodal pore size distribution exhibit a remarkable and irreversible adsorption capacity. Microporosity can help to enhance the adsorption capacity, provided that micropores are connected to mesopores, allowing the adsorbate to get deep into the carbon structure. The adsorption kinetic is very fast for carbons with such pore architecture, and can be well described by a three-stage intraparticle diffusion model.Fil: Fuentes Quezada, Eduardo. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia de Area de Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares (cac).; ArgentinaFil: de la Llave, Ezequiel Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Halac, Emilia Beatriz. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; ArgentinaFil: Jobbagy, Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Viva, Federico Andrés. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia de Area de Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares (cac).; ArgentinaFil: Bruno, Mariano Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Corti, Horacio Roberto. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia de Area de Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares (cac).; Argentin

Molecular and Electronic Structure of Electroactive Self-Assembled Monolayers

Self-assembled monolayers (SAMs) containing electroactive functional groups are excellent model systems for the formation of electronic devices by self-assembly. In particular ferrocene-terminated alkanethiol SAMs have been extensively studied in the past. However, there are still open questions related with their electronic structure including the influence of the ferrocene group in the SAM-induced work function changes of the underlying metal. We have thus carried out a thorough experimental and theoretical investigation in order to determine the molecular and electronic structure of ferrocene-terminated alkanethiol SAMs on Au surfaces. In agreement with previous studies we found that the Fc-containing alkanethiol molecules adsorb forming a thiolate bond with the Au surface with a molecular geometry 30 degrees tilted with respect to the surface normal. Measured surface coverages indicate the formation of a compact monolayer. On the other hand, contrary with previous observations, we found that the ferrocene group has little influence on the observed work function decrease which is largely determined by the alkanethiol. Furthermore, the ferrocene moiety lies 14 Å above the metal surface covalently bonded to the alkanethiol SAM and its HOMO is located at -1.6 eV below the Fermi level. Our results provide new valuable insight into the molecular and electronic structure of electroactive SAMs which are of fundamental importance in the field of molecular electronics.Fil: Méndez de Leo, Lucila Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: de la Llave, Ezequiel Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Scherlis Perel, Damian Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Williams, Federico Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentin

Realidad Aumentada (RA) en el contexto de usuarios finales

Bajo el término de realidad aumentada se agrupan aquellas tecnologías que permiten la superposición de contenido virtual sensible al contexto sobre imágenes del mundo físico en tiempo real. En este marco, nos proponemos el diseño y elaboración de un framework que actúe como herramienta para explotar y gestionar catálogos de realidad aumentada de manera online, construidos para distintos dominios sin necesidad inicial de contar con usuarios expertos. Su explotación se enfoca en el contexto de la web 2.0 o web social, con sus distintas aplicaciones, el proyecto contribuye a la generación y difusión de catálogos de Realidad Aumentada que enriquezcan el contexto real en el que actúan los seres humanos.Eje: Computación Gráfica , Imágenes y VisualizaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Herramienta de realidad aumentada para la explotación de material didáctico tradicional

La Realidad aumentada agrega elementos virtuales al entorno Real, proporcionándonos información de interés para el usuario aprovechando la infraestructura de las TICs. De esta manera, el entorno real es enriquecido con información que mejora las experiencias en diferentes áreas tales como entretenimiento, salud, Industria y principalmente los entornos educativos. En este artículo se presenta un framework para dispositivos móviles que permite la incorporación de contenidos aumentados a los soportes didácticos típicos disponibles en cualquier aula del país tales como mapas o láminas preparadas por el docente.Augmented Reality (AR) adds virtual elements to the real environment, providing relevant information to the user through the implementation of different IT’s infrastructures. Thus, the real environment is enriched with extra information that enhances the experience of the user. This technology can be applied in a wide range of areas; for instance, entertainment industry, healthcare, manufacturing industry and mainly educational environments. This paper presents a framework designed for mobile platforms that allows the integration of augmented content to the most common elements found within a classroom in the country. Such as maps or even posters designed by the teacher.Eje: Tecnología en EducaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Herramienta de realidad aumentada para la explotación de material didáctico tradicional

La Realidad aumentada agrega elementos virtuales al entorno Real, proporcionándonos información de interés para el usuario aprovechando la infraestructura de las TICs. De esta manera, el entorno real es enriquecido con información que mejora las experiencias en diferentes áreas tales como entretenimiento, salud, Industria y principalmente los entornos educativos. En este artículo se presenta un framework para dispositivos móviles que permite la incorporación de contenidos aumentados a los soportes didácticos típicos disponibles en cualquier aula del país tales como mapas o láminas preparadas por el docente.Augmented Reality (AR) adds virtual elements to the real environment, providing relevant information to the user through the implementation of different IT’s infrastructures. Thus, the real environment is enriched with extra information that enhances the experience of the user. This technology can be applied in a wide range of areas; for instance, entertainment industry, healthcare, manufacturing industry and mainly educational environments. This paper presents a framework designed for mobile platforms that allows the integration of augmented content to the most common elements found within a classroom in the country. Such as maps or even posters designed by the teacher.Eje: Tecnología en EducaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Realidad Aumentada (RA) en el contexto de usuarios finales

Bajo el término de realidad aumentada se agrupan aquellas tecnologías que permiten la superposición de contenido virtual sensible al contexto sobre imágenes del mundo físico en tiempo real. En este marco, nos proponemos el diseño y elaboración de un framework que actúe como herramienta para explotar y gestionar catálogos de realidad aumentada de manera online, construidos para distintos dominios sin necesidad inicial de contar con usuarios expertos. Su explotación se enfoca en el contexto de la web 2.0 o web social, con sus distintas aplicaciones, el proyecto contribuye a la generación y difusión de catálogos de Realidad Aumentada que enriquezcan el contexto real en el que actúan los seres humanos.Eje: Computación Gráfica , Imágenes y VisualizaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Realidad Aumentada (RA) en el contexto de usuarios finales

Bajo el término de realidad aumentada se agrupan aquellas tecnologías que permiten la superposición de contenido virtual sensible al contexto sobre imágenes del mundo físico en tiempo real. En este marco, nos proponemos el diseño y elaboración de un framework que actúe como herramienta para explotar y gestionar catálogos de realidad aumentada de manera online, construidos para distintos dominios sin necesidad inicial de contar con usuarios expertos. Su explotación se enfoca en el contexto de la web 2.0 o web social, con sus distintas aplicaciones, el proyecto contribuye a la generación y difusión de catálogos de Realidad Aumentada que enriquezcan el contexto real en el que actúan los seres humanos.Eje: Computación Gráfica , Imágenes y VisualizaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI