Estudio de formación de nuevos materiales: bicapas de borografdiino dopadas con metales de transición

Abstract

Las bicapas de boro-grafdiino, BGDY, son sistemas poco estudiados que presentan una gran variedad de potenciales aplicaciones, desde su uso como soportes de catalizadores hasta el almacenamiento de hidrógeno. En este TFM se ha investigado el dopado de bicapas de BGDY con átomos de vanadio y con pequeños clústeres de vanadio V6, considerando diferentes apilamientos de las dos láminas de BGDY en la bicapa. Se han estudiado las posibles configuraciones geométricas y estructura electrónica de las bicapas dopadas utilizando simulaciones computacionales del formalismo del funcional de la densidad, DFT, y el paquete de códigos Quantum ESPRESSO. El estudio de la decoración con átomos de vanadio individuales (bien separados unos de los otros) se ha realizado bajo condiciones de alto y bajo cubrimiento de la bicapa de BGDY y el estudio de la adsorción de clústeres de V6 preformados se ha realizado en condiciones de bajo cubrimiento. Se ha encontrado que se forman sistemas muy estables con elevadas energías de adsorción de los átomos y clústeres de vana dio en la bicapa. Además, el clúster de V6 se adsorbe en la bicapa con energías de adsorción superiores a las de la decoración con átomos de vanadio, por lo que es más favorable el dopado con V6. En ambos casos las energías de adsorción en la bicapa son casi el doble que las correspondientes energías de adsorción para la monocapa. Se demuestra que la bicapa actúa como un mejor substrato que la monocapa, al ligar los dopantes con energías de adsorción más elevadas

BGDY bilayers are little studied carbon based sytems with a wide variety of possible applications from catalyst supports to hydrogen storage. In this master thesis the doping of BGDY bilayers with vanadium atoms and small V6 clusters has been studied for different stackings of the BGDY sheets in the bilayer. The possible geometric configurations and electronic structure have been studied with computational density functional theory, DFT, simulations and Quantum ESPRESSO. The doping with individual vanadium atoms (well separated from each other) was studied for two doping conditons: high and low coverage of the BGDY bilayer and the doping with preformed V6 clusters was studied for low coverage of the BGDY bilayer. Very stable sytems with high adsorption energies for vanadium atoms and clusters are formed. The V6 cluster is adsorbed on the system with higher adsorption energies than the single vanadium atom, thus being the most stable. However, for both decoration with one vanadium atom and V6 adsorption, the dopants adsortion energies on the bilayer almost double those of the monolayer. The bilayer is confirmed as a better substrate than the monolayer for vanadium dopants, as the vanadium atoms are more tightly bound to the bilayer