Perovskitas como alternativa en celdas fotovoltaicas

La energía solar es una fuente de energía renovable, sustentable y limpia. Las celdas fotovoltaicas de perovskita tienen ventajas sobre las de silicio, entre ellas, se pueden obtener en condiciones ambientales. Las tipo ABX3 tienen una estructura cúbica haluro órgano-metálica. La empleada como el modelo es la de yoduro de plomo de metilamonio, CH3NH3PbI3, si esta es fabricada y distribuye masivamente, el problema es la recuperación del plomo, y el cómo evitar la contaminación de los mantos acuíferos. Se realizó un estudio teórico para la sustitución del plomo implementando criterios de estabilidad a partir de las propiedades físico-químicas y opto-electrónicas, con dos objetivos principales: eliminar o disminuir la toxicidad y mejorar la estabilidad del sistema. Se determinó las estructuras electrónicas de 121 perovskitas y solo 11 favorecen al proceso de absorción de fotones en la región de luz visible.Solar energy is a renewable, sustainable, and clean energy source. Perovskite photovoltaic cells have advantages over silicon cells; among them, they can be obtained at room temperature. The ABX3 type has an organ-metal halide cubic structure. The one used as the model is that of methylammonium lead iodide, CH3NH3PbI3, if it is manufactured and distributed massively, the problem is the recovery of lead, and how to avoid contamination of the aquifers. A theoretical study for lead substitution was carried out, implementing stability criteria based on physical-chemical and optoelectronic properties, with two main objectives: to eliminate or reduce toxicity and improve the stability of the system. The electronic structures of 121 perovskites were determined and only 11 favor the process of photon absorption in the region of visible light

Sitios de sustitución de Si por Al más probables en la zeolita tipo M²⁺ – Clinoptilolita: estudio de la DFT

Esta es la primera parte de una serie de trabajos en los que se estudia la interacción electrónica del fluoruro con los contraiones, y los átomos estructurales, de la zeolita tipo M²⁺– Clinoptilolita (M = Fe, Mg y Ca), con el fin de proponer modificaciones al material que favorezca la remoción de iones F– -causantes de fluorosis- presentes en aguas subterráneas, sin comprometer su posterior regeneración. En este trabajo se examina, a través de la teoría de funcionales de la densidad, la estructura, tanto geométrica como electrónica, de la clinoptilolita y el papel que tiene la distribución de los iones Al en la reactividad de los oxígenos estructurales. Se determinaron las posiciones de sustitución más probables de Si por Al en los sitios T₂ y T₅, y se verificó la congruencia con datos experimentales. Todo esto para generar un modelo que permita el posterior estudio de la adsorción de contaminantes.This is the first of a set of studies in which the electronic interaction of fluoride with the counterions, and the framework atoms, of the zeolite M²⁺ Clinoptilolite (M = Fe, Mg and Ca) is discussed. The aim is to propose a material that enhances the removal of F- –which causes fluorosis- from groundwater without compromising its later regeneration. In this work the structure, both geometrical and electronic, of the clinoptilolite is studied by means of the density functional theory. As well as the role that the distribution of Al ions has in the reactivity of the oxygen atoms in the SiO₂ framework. Furthermore, it was determined with accuracy the substitution of Si with Al atoms in T₂ and T₅ sites. The resulting structural models are consistent with experimental studies. With these results we generate a model which allow us to study the adsorption of pollutants on M2+– Clinoptilolite

Adsorción de especies de arsénico en estructuras de imidazolato zeolíticas modificadas. Un estudio químico cuántico computacional

En este trabajo se estudiaron las interacciones electrónicas entre las especies As(III) y As(V) con una serie de estructuras de imidazolato zeoliticas (ZIF-8) con y sin defectos, utilizando cálculos periódicos de química cuántica computacional que implementa la teoría del funcional de densidad. Los defectos generados son: una vacancia de ligando, dos hidroxilos coordinados a los metales expuestos y dos dióxidos de azufre en los metales expuestos. La estructura con los metales expuestos disminuye la capacidad de adsorción debido a la reducción del 10% del área de la ventana y a su baja energía de interacción, mientras que la estructura con los grupos hidroxilo reduce en 7.82% el área de la ventana, pero presenta una quimisorción para ambas especies, -37.20 kcal/mol con el As(V) y -27.55 kcal/mol para el As(III), permitiendo su regeneración. Esto hace a la estructura ZIF-8 con hidroxilos la más adecuada para la remoción de las especies As.Computational chemistry calculation for periodic systems, through density functional theory, were performed to study the electronic interactions between arsenic species —As(III) and As(V)—, and a series of zeolitic imidazolate frameworks with and without defects. These defects are: a linker vacancy leaving open metal nodes, two hydroxyl groups filling the open metal nodes, and two sulfur dioxides filling the open metal nodes. The structure with the open metal defects diminishes ZIF-8 adsorption capacity, reducing 10% the window area and delivering a weak electrostatic interaction. In contrast, the structure with hydroxyl groups is the most suitable for the As species removal; although it reduces the window area by 7.82%, it shows a chemisorption energy of -37.20 kcal/mol for As(V) and -27.55 kcal/mol for As(III), these energies are small enough to allow the material regeneration

Estudio teórico-experimental de la adsorción en estado acuoso de arsénico sobre la MOF FeBTC

Con el objetivo de combatir la contaminación de metales pesados en el agua, en este trabajo se proponen dos materiales tipo MOF, la FeBTC y el compósito de FeBTC incorporado con nanopartículas de magnetita (Fe₃O₄-FeBTC), ambos sintetizados mediante el método simple en síntesis solvotermal. La obtención de estos materiales se confirmó mediante su caracterización por difracción de rayos-X, espectroscopia infrarroja, espectroscopia Raman y adsorción-desorción de nitrógeno. Los estudios cinéticos demostraron una buena descripción del fenómeno mediante el modelo de pseudo-segundo orden con un tiempo de equilibro alrededor de 100 min. A través de las isotermas de adsorción se determinó una transición energética de la superficie que favorece el proceso de adsorción al ser incorporadas nanopartículas de magnetita. Posteriormente, fue posible concluir que el fenómeno de fisisorción del metal en ambas MOF es quien gobierna el proceso. Lo anterior se confirmó al realizar el estudio termodinámico y fue corroborado mediante los ciclos de reutilización de los materiales y recuperación del metal. Finalmente, los estudios teóricos demuestran una interacción de la molécula de arsenito en los centros metálicos expuestos, evidencia confirmada mediante la caracterización después del proceso de adsorción mediante espectroscopia Raman.The principal objective of this work is to combat heavy metal contamination in water. Therefore, we propose two MOF-type materials FeBTC and the FeBTC composite, incorporated with magnetite nanoparticles (Fe₃O₄-FeBTC). Both synthesized employing the simple method in solvothermal synthesis. Their characterizationconfirmed obtaining these materials through X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy and nitrogen adsorption-desorption. The kinetic studies demonstrated a good description of the phenomenon using the pseudosecond- order model with an equilibration time of around 100 min. Through the adsorption isotherms, an energy transition of the surface was determined that favors the adsorption process when the magnetite nanoparticles were incorporated. Subsequently, we concluded that the metal physisorption in both MOFs governs the process by conducting the thermodynamic study. Also, we corroborated this one through the cycles of reuse of materials and recovery of the metal. Finally, theoretical studies demonstrate an arsenite molecule interaction in the exposed metal centers, evidence confirmed by characterization after the adsorption process by Raman spectroscopy

Introducción y desarrollo de las propiedades ópticas de los materiales

En el presente trabajo se hace énfasis en las diferentes propiedades que un material presenta al interaccionar con la luz, los fenómenos que ocurren cuando la luz entra en contacto con la superficie de un sólido (reflexión, difracción, transmisión, absorbancia, etc.). Además de las implicaciones que estas interacciones representan, es decir las leyes matemáticas que rigen estos fenómenos (interpretación de las propiedades ópticas en términos del modelo de bandas de energía de los distintos materiales); también se mencionan las aplicaciones que estas propiedades ópticas de los materiales tienen en diferentes técnicas espectroscópicas (El Infrarrojo, Ultravioleta-Visible, Fotoluminiscencia, etc.).In this work the emphasis is on the different properties that are presented in a material to interact with light, the phenomena that occur when light comes into contact with the surface of a solid (reflection, diffraction, transmission, absorbance, etc.). In addition to the implications that these interactions represent, i.e. mathematical laws governing these phenomena (interpretation of the optical properties of the model in terms of energy bands of different materials); we also take into account the applications of these optical properties of different materials over different spectroscopic techniques (The Infrared, Ultraviolet-Visible, Photoluminescence, etc.)

Influencia del método de síntesis sobre las propiedades estructurales y ópticas del TiO₂

En el presente trabajo se estudió la influencia de las distintas técnicas de síntesis del dióxido de titanio (TiO₂) principalmente en su fase anatasa, la cual es de interés experimental por sus propiedades fotocatalíticas. Se emplearon para la síntesis de TiO₂ los métodos Sol–Gel (procedimiento tradicional o común), la síntesis Sonoquímica (efectuada con dos equipos distintos) para obtener el material en forma de polvos, así como el método de Rocío Pirolítico Ultrasónico para la formación de películas delgadas de TiO₂. La comparación entre las distintas técnicas se basó en el tiempo de síntesis, el porcentaje de formación de la fase deseada y la facilidad del procedimiento de fabricación del material. A las muestras sintetizadas se les efectuaron pruebas de caracterización estructural mediante espectroscopia UV–Vis, FTIR, Fluorescencia y por DRX. El método de síntesis determina las fases presentes del TiO₂, así como la forma física (película delgada o polvos).In this work, the influence of different synthesis techniques of titanium dioxide (TiO₂) mainly in the anatase phase is studied, which is of experimental interest in their photocatalytic properties. For the TiO₂ synthesis, the following methods were used: Sol-Gel (traditional or common procedure), the Sonochemistry synthesis (made with two different equipments) for obtaining the material in powder form, and the Ultrasonic Pyrolytic Spray method for the formation of TiO₂ thin film. The comparisons between the different techniques are based on the synthesis time, the percentage of formation of the desired phase and the ease of the manufacturing process of the material. Synthesized samples were structurally characterization using UV-Vis, FTIR, and fluorescence spectroscopy, as well as XRD. Finally, the presence of anatase and rutile phase was observed in the synthesized samples. The synthesis method determines the present phases of TiO₂, as well as its physical form (thin film or powder)

Cálculo de la coordenada intrínseca de la reacción (IRC) para obtener ácido isocianídrico (HNC) a partir del ácido cianídrico (HCN)

En el trabajo se propone el estado de transición (TS) de la reacción del HCN a HNC. La investigación se basa en la teoría del funcional de la densidad, empleando el programa deMon2K (deMon density of Montreal). Se presenta la geometría del estado de transición (TS) y el análisis de sus modos de vibración normales. Con el fin de generar la conexión química entre el reaccionante, el estado de transición (TS) y el producto, la reacción intrínseca de coordenadas también fue calculada. Con el cálculo de la IRC se determinó el esquema de la reacción de isomerización y las energías requeridas.In this work the transition state (TS) of the HCN to HNC reaction is proposed. The research is based on the Density Functional Theory using the deMon2K (deMon density of Montreal) program. The geometry of the transition state and the analysis of their normal vibrational modes is presented. In order to generate the chemical connection between the reactant, the TS and the product, the Intrinsic Reaction Coordinate was calculated. With the calculation of the IRC scheme isomerization reaction and the required energy it was determined