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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).
Funcionalización de nanopartículas de óxidos metálicos: estudio del pretratamiento y la adsorción de moléculas orgánicas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-10) Rubilar Fonseca, Vanessa Andrea; Soler Jauma, Mónica; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Sandoval Salas, Tania Elizabeth
El presente trabajo aborda la síntesis y funcionalización de nanopartículas de dióxido de silicio (SiO₂) obtenidas mediante el método de Stöber, con el propósito de generar superficies químicamente activas que sirvan como base para el crecimiento controlado de materiales híbridos tipo SURMOF (Surface-mounted Metal–Organic Frameworks). La síntesis se realizó variando el volumen del catalizador hidróxido de amonio (NH₄OH) en tres condiciones (550, 650 y 776 μL), evaluando su influencia en el tamaño, morfología y estabilidad coloidal de las partículas. Las nanopartículas fueron caracterizadas mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), dispersión de luz dinámica (DLS) y potencial Z, con el fin de analizar su composición química, diámetro hidrodinámico y estabilidad coloidal. Los resultados demostraron la formación de SiO₂ amorfa con las bandas características del enlace Si–O–Si y la presencia de grupos Si–OH superficiales. A partir de los análisis DLS, se obtuvieron distribuciones unimodales con polidispersidades moderadas (PDI entre 0,23 y 0,30), observándose que el aumento en la concentración del catalizador NH₄OH reduce la duración de la etapa de nucleación y favorece el crecimiento de los núcleos ya formados, resultando en partículas de mayor tamaño. Los valores de potencial Z confirmaron la carga negativa de la superficie, alcanzando hasta −41,8 mV, lo que refleja una alta estabilidad coloidal. Posteriormente, se realizó la funcionalización de las nanopartículas con dos agentes silanos: (3-aminopropil)trietoxisilano (APTES) y (3-cloropropil)trietoxisilano (CPTES). En el caso del APTES(...).
Reacciones en fase gaseosa entre precursores y moléculas inhibidoras durante el proceso de deposición selectiva de capa atómica
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-05) Vivanco Faunes, Cristian Andrés; Picuntureo, Matías; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Sandoval Salas, Tania Elizabeth
La deposición selectiva de capas atómicas (AS-ALD) enfrenta como principal limitación la pérdida de selectividad, fenómeno que reduce la eficiencia del proceso y dificulta su aplicación. Para mejorar la competitividad resulta necesario comprender las causas de estas pérdidas. Entre ellos está la degradación de los materiales, contaminación de la atmósfera y, particularmente, reacciones no deseadas en fase gaseosa entre precursores e inhibidores. En este contexto, el presente trabajo estudia la reactividad entre precursores de titanio, tántalo, silicio y hafnio con diferentes moléculas inhibidoras, utilizando la teoría funcional de la densidad (DFT) para identificar y evaluar las posibles reacciones químicas. El análisis consideró la optimización de estructuras y la caracterización de estados de fisisorción, quimisorción, estados de transición y productos, validados mediante frecuencias vibracionales e IRC. Esto permitió construir los perfiles energéticos de cada reacción y distinguir entre los distintos tipos de interacción precursor-inhibidor. Los resultados muestran que la reactividad depende fuertemente del tipo de precursor. Los precursores que poseen amina tienden a formar complejos más estabilizados y, en varios casos, presentan barreras de activación moderadas, lo que favorece la ocurrencia de reacciones en fase gaseosa. Por el contrario, los precursores clorados, si bien pueden generar coordinaciones intensas, suelen presentar barreras elevadas o productos energéticamente desfavorables, limitando la progresión de la reacción y favoreciendo la conservación del inhibidor y la selectividad del proceso. En cuanto a los inhibidores, el ácido acético presenta la mayor reactividad, con formación de complejos fuertemente estabilizados y mecanismos accesibles energéticamente. El hexanal, en cambio, muestra una fuerte estabilización electrónica en los complejos coordinados, pero termodinámicamente no es favorable al considerar la energía libre de Gibbs entre 100-550 °C, lo que indica que estas interacciones son penalizadas entrópicamente en fase gaseosa. El DMATMS exhibe (...).

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