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Adsorción de diferentes organosilanos en superficies de silicio para el crecimiento controlado de surmof
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) Bustamante Andrade, Cecilia Andrea; Soler, Mónica; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Sandoval Salas, Tania Elizabeth
Debido a la presencia de contaminantes y a la ausencia de un marco regulatorio en nuestro país, es que se hace necesario desarrollar nuevas tecnologías económicas, sensibles, eficientes y portátiles que permitan su detección. Actualmente, la comunidad científica ha prestado especial interés a estructuras metal orgánicas o MOFs, que detectan contaminantes al modificar sus propiedades ópticas y eléctricas debido al contacto con al analito. Si bien es una tecnología que se está utilizando actualmente, es necesario desarrollar un dispositivo que permita sensar de manera in-situ, para ello es que se ha considerado anclar el MOF sobre una superficie (SURMOF) utilizando una monocapa autoensamblada (SAM por sus siglas en inglés) como conexión. Esto permitiría mejorar la interacción entre la estructura y el analito, pero se hace necesario estudiar y mejorar la estabilidad de la monocapa. En base a esto, en este trabajo se plantea la estudiar el proceso de funcionalización de superficies de silicio con organosilanos como (3-Aminopropil) trietoxisilano (APTES) y (3-trietoxisilil) propil succínico anhídrido (TSP), los que permiten la formación de una monocapa autoensamblada, entregándole estabilidad al MOF sobre la superficie. Para corroborar el cumplimiento de este objetivo es que se desarrollan metodologías de funcionalización con las que es posible estudiar y controlar el anclaje de dichas moléculas sobre una superficie, proceso que es caracterizado mediante distintas técnicas que evidencias la presencia de grupos de interés sobre la superficie. El trabajo desarrollado demuestra, mediante técnicas como ángulo de contacto, Fourier Transform Infrared (FTIR) y potencial Z, que es posible funcionalizar la superficie de silicio utilizando organosilanos como APTES y TSP bajo condiciones de deposición controladas.
Batería de amoníaco verde para gestion energética de una central ERNC
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2023) Fuentes Olivares, Gabriel Alonso; Sandoval Salas, Tania Elizabeth; Departamento de Química y Medio Ambiente; Cornejo Garcia, Ivan Andres
En la actualidad, existe un consenso acerca de la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) a nivel global. En el contexto chileno, el sector energético emerge como el principal contribuyente de GEI, responsabilizándose del 75,5% del total de emisiones en el año 2020. Dentro de este sector, el subsector “Industrias de la Energía” sobresale como el mayor emisor de GEI, englobando a todas las industrias que generan electricidad para los sistemas interconectados. Por lo tanto, es crucial intervenir en estas industrias con el fin de lograr un impacto significativo en la descarbonización del país. En este escenario, las energías renovables emergen como una opción promisoria; sin embargo, la intermitencia inherente a su generación plantea un desafío que debe ser abordado para gestionar eficientemente este recurso. El objetivo principal de este trabajo es diseñar y analizar la viabilidad de una planta solar fotovoltaica con un sistema de gestión energética basado en la producción de amoníaco verde. El sistema propuesto se fundamenta en una planta solar, en la que una parte de la energía generada se inyecta en la red eléctrica y la otra se almacena en forma de amoníaco e hidrógeno. Estos combustibles, cuando la generación solar se detiene, son empleados en un sistema de turbina de gas para producir electricidad que se integra a la red. El sistema ha sido concebido para inyectar electricidad en la red en proporción al consumo del Sistema Eléctrico Nacional, con una capacidad máxima de 20,3 MW durante los picos de demanda. La planta solar fotovoltaica tiene una capacidad de generación máxima de 265 MW, y se requiere almacenar 24.430 kg de hidrógeno y 42.753 kg de amoníaco diariamente para su correcto funcionamiento. El sistema propuesto presenta un factor de planta del 7,2%, mientras que la batería diseñada exhibe una eficiencia del 12%.
Descriptores químicos de moléculas orgánicas adsorbidas en una superficie de Ge(100) 2×1
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2023) Tapia Moris, Valentina Ignacia; Nuñez Montoya, Gonzalo Alexis; Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Sandoval Salas, Tania Elizabeth
Esta memoria se desarrolló con el fin de determinar la interacción de moléculas orgánicas con una superficie de germanio a través del proceso de adsorción. Así encontrar la energía de adsorción, con la optimización de las estructuras a energía mínima de todos los componentes del sistema, para estudiar la termodinámica de adsorción y encontrar relaciones entre descriptores químicos de la moléculas y la energía de adsorción. La interacción estudiada fue adsorción por enlace dativo en una superficie de germanio Ge(100) 2×1. Las moléculas orgánicas seleccionadas contienen grupos funcionales de oxígeno. A su vez los descriptores analizados fueron longitud de enlace, pKa y electronegatividad. La metodología utilizada corresponde a la Teoría del Funcional de Densidad (DFT) a un único nivel de teoría, el que se compone de el funcional B3LYP, con basis set 6-311++G**/LANL2DZ, y corrección de dispersión D3BJ. Las optimizaciones se realizaron en el software Orca, obteniendo las estructuras de todos los componentes del estudio moléculas, superficie, y superficie funcionalizada a energía mínima. La adsorción de las moléculas por enlace dativo es un proceso exotérmico, en el caso del estudio la energía estuvo en el rango de −15,8 a −25,5 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙. El sitio activo de la superficie es un dímero de distribución de carga asimétrica, donde el grupo funcional con sustituyente de oxígeno es acercado al átomo deficiente de carga. En cuanto a las relaciones entre la energía de adsorción y los descriptores se pudieron establecer tendencias cualitativas. Lo que resalta en el análisis de los tres descriptores, es la agrupación de los alcoholes entre los con cadena alifática y los con enlaces múltiples. Para la longitud de enlace en los alcoholes se observó un marcado agrupamiento de las moléculas con cadena simple y las moléculas con enlace doble, donde la distancia aumenta directamente con la energía de adsorción. Similar a la tendencia anterior las moléculas del grupo cetonas presentan una proporcionalidad directa entre la energía y la longitud de enlace, en cambio los ácidos carboxílicos tienen una relación inversamente proporcional. Con el pKa también se presenta el agrupamiento del grupo alcohol, así mismo se puede dar por tendencia general que el aumento en el valor del descriptor, disminuye la energía de adsorción.
Estudio de la adsorción aleatoria y secuencial de aldehídos en superficies cristalinas de nitruro de silicio
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2023) López Madrid, Francisco Javier; Cornejo Garcia, Ivan Andres; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Sandoval Salas, Tania Elizabeth
La constante disminución en escala de los dispositivos electrónicos ha sido responsable de empujar los límites tecnológicos en los procesos productivos de la industria de semiconductores. Sin embargo, las técnicas de fabricación utilizadas comúnmente en la industria están alcanzando un punto donde las limitaciones físicas de los procedimientos podrían frenar el desarrollo de dispositivos de menor tamaño, mayor potencia y mayor eficiencia. La nanotecnología, entrega nuevas herramientas para controlar los materiales a nivel molecular, modificando sus propiedades intrínsecas ofreciendo un abanico de opciones aplicables a la producción de dispositivos semiconductores que permitan continuar con el desarrollo tecnológico. Una de las técnicas con más proyección para los altos volúmenes de fabricación requeridos por la industria es la deposición selectiva de capa atómica (AS-ALD), la cual permite posicionar con preciso control monocapas de material para una gran variedad de aplicaciones, no obstante, su aplicación en la industria plantea la necesidad de encontrar moléculas inhibidoras pequeñas (SMI) y precursores que puedan incorporarse al proceso, e interactuar con la superficie a funcionalizar. Entre los materiales más comúnmente utilizados en la actualidad en la industria se encuentra el Nitruro de Silicio (𝑆𝑖3𝑁4), debido a sus propiedades químicas, mecánicas y electrónicas. En este contexto, se tiene como objetivo de esta memoria describir la adsorción de aldehídos como SMI en superficies de 𝑆𝑖3𝑁4 en condiciones de saturación, utilizando la metodología RSA para conocer la viabilidad de su utilización como inhibidores en el proceso de AS-ALD. Se evalúan diferentes parámetros físicos que describen la efectividad del bloqueo de precursores de la capa inhibidora generada, los cuales corresponden a la cobertura, la densidad superficial del inhibidor, el área cubierta y la distribución de tamaño de huecos. Tres moléculas son evaluadas, acetaldehído, benzaldehído y 3,5,5-trimetilhexanal, utilizando simulaciones computacionales de RSA, sobre los sitios activos de una representación la superficie cristalina 𝛽−𝑆𝑖3𝑁4(0001).
Medición experimental y modelado de la solubilidad de compuestos fluorados derivados de diclona (2,3-dicloronaftaleno-1,4-diona) en dióxido de carbono supercrítico.
(2024-07) Arévalo Taibo, Vicente Diego Salvador; Sandoval Salas, Tania Elizabeth; Cabrera Palacios, Adolfo Luis; Nuñez Montoya, Gonzalo Alexis; Departamento de Química y Medio Ambiente; Fuente Badilla, Juan Carol De La
El compuesto químico 2,3-dicloronaftaleno-1,4-diona, conocido como diclona, es una sustancia orgánica sólida empleada en el campo de la agricultura por sus propiedades fungicidas y como retardante de la descomposición vegetal. Las propiedades bioactivas de la diclona pueden ser mejoradas mediante la modificación de su estructura, específicamente a través de la síntesis de nuevos derivados logrados al reemplazar los grupos funcionales dentro de su estructura molecular. Este trabajo es parte de un proyecto a largo plazo destinado a determinar la relación entre la estructura del soluto y su solubilidad en CO2 supercrítico de compuestos derivados de naftaleno-1,4-diona, incluyendo menadiona (2-metilnaftaleno-1,4-diona) y diclona, así como sus derivados sintetizados. En esta investigación, se sintetizaron dos nuevos derivados sólidos de diclona, 2-cloro-3-((4-fluorobencil)amino)naftaleno-1,4-diona (dCl-2B-F) y 2- cloro-3-((4-fluorofenetil)amino)naftaleno-1,4-diona (dCl-3P-F) y se midió su solubilidad en dióxido de carbono supercrítico a 313, 323 y 333 K y presiones entre 9 y 32 MPa. Los resultados indicaron que la solubilidad varió entre 30.5 y 47.9 µmol de soluto/mol de CO2 para dCl-2B-F, y de 2.2 a 243.5 µmol de soluto/mol de CO2 para dCl-3P-F. Se compararon los datos de solubilidad de la diclona y sus derivados sintetizados (dCl-2B-F, dCl-3P-F, 2- cloro-3-((4-clorobencil)amino)naftaleno-1,4-diona (dCl-2B-Cl), 2-cloro-3-((4- clorofenetil)amino)naftaleno-1,4-diona (dCl-3P-Cl), 2-(bencilamino)-3-cloronaftaleno-1,4- diona (dCl-2B) y 2-cloro-3-(fenetilamino)naftaleno-1,4-diona (dCl-3P)) utilizando la correlación de Chrastil (basada en la temperatura y en la densidad del solvente) y la ecuación de estado (EdE) de la Teoría de Asociación Estadística de Fluidos de Rango Variable Mie (SAFT-VR Mie), para comprender mejor los efectos de las diferencias estructurales entre los solutos en la solubilidad. Como resultado, para la solubilidad, el modelo de Chrastil obtuvo una desviación cuadrática media (DCM) del 3% para dCl-2B-F y del 16% para dCl-3P-F, mientras que para la ecuación SAFT-VR Mie, fue en promedio del 24% para dCl-2B-F y del 28% para dCl-3P-F. El análisis comparativo entre los modelos de Chrastil y SAFT-VR Mie para la predicción de la solubilidad reveló diferencias significativas. Chrastil mostró una alta precisión a bajas presiones debido a su enfoque empírico directo, mientras que SAFT-VR Mie ofreció mejor capacidad predictiva en un rango amplio de presiones gracias a su fundamento termodinámico. Chrastil, por consiguiente, es útil para estimaciones rápidas sin datos moleculares detallados, mientras que SAFT-VR Mie requiere información precisa pero ofrece una descripción más detallada de las interacciones moleculares. La elección depende de la disponibilidad de datos y el nivel de detalle deseado para optimizar la predictibilidad en aplicaciones industriales y de investigación. Se encontró que la solubilidad de los compuestos homólogos, diferenciados solo por un grupo metileno, aumentó con el tamaño del soluto (los derivados -2B fueron menos solubles en CO2 que los -3P), contrario a la tendencia esperada, ya que los compuestos con un mayor peso molecular generalmente son menos solubles que los más livianos. Esto podría atribuirse a la mayor probabilidad de interacciones anillo-anillo a medida que la longitud de la cadena que conecta los anillos disminuye. Además, se compararon los compuestos clorados dCl-2B-Cl y dCl-3P-Cl con sus homólogos fluorados, donde se obtuvo una mayor solubilidad en estos últimos, debido a que, a pesar de tener una mayor polaridad al ser el flúor el elemento más electronegativo, el tamaño del cloro impide que el CO2 interactúe de manera significativa con el soluto, por lo que el impedimento estérico predominó en este caso. Esto demuestra que los factores geométricos, junto con la presión y la temperatura, afectan el comportamiento de la solubilidad y estos deben ser representados con precisión en los modelos predictivos.

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