Ribert Jhon Hancco Cuba; Gina Alexandra Marron Daza; Jose Pablo Pineda Vilca; Christian Andree Santander Valeriano; Jose Antonio Huamani Coaquira; Rolando Moises Perca Gonzales; Rossana Georgina Juarez Montiel

Objetivo

Estudiar a nivel experimental y realizar la modelación teórica de la funcionalizacion de nanoparticulas de SnO2 (110) y TiO2 (110) con antocianinas del maíz morado (zea mays l.) Complejados con Al(III) y quercetina-Al(III) para aplicación fotovoltaica

Resumen:

En este proyecto de investigación aplicada inicial, se propone llevar a cabo el estudio experimental de la interacción de antocianinas complejadas con Al(III) con nanopartículas de SnO2 (110) y TiO2 (110) en fase anatasa, se extraerá el colorante del Zea mays y se separará los pigmentos, que reaccionarán con solución del AlCl3 para la formación de complejos, buscando aumentar la estabilidad de los antocianos, luego los complejos interaccionarán en solución metanólica con las nanopartículas de los semiconductores en la búsqueda de su funcionalización. El estudio experimental también contempla realizar un contraste de resultados frente a complejos de quercetina-Al(III)-semiconductor. La extensión del estudio experimental será limitada por un estudio teórico previo, por métodos basados en la teoría funcional de la densidad-tiempo dependiente (TD-DFT), usando software especializados como son VASP, SIESTA, Ab-initio, se evaluará la respuesta óptica y la influencia de la interacción con los complejos en la modificación de la estructura de bandas, variación en el GAP de los semiconductores. Todo el proceso experimental estará monitoreado por espectroscopia UV-Vis y las estructuras serán caracterizadas por difracción de rayos X (RDX) , RAMAN, SEM, EPR, TEM, FT-IR, en los laboratorios de Materiales Magnéticos del NFA Institute of physics University of Brasilia, Brasil.

Palabras clave

TiO2, SnO2, ANTOCIANINAS, ZEA MAYS, QUERCETINA, DFT

Problema central

La radiación solar en Arequipa llega a valores tan altos como 7,5kW-h/m2 (SENAMHI, 2014), siendo este un recurso renovable de gran disposición es factible el uso de dispositivos de conducción eléctrica que utilicen este recurso. Los semiconductores son dispositivos que aprovechando sus propiedades ópticas de conducción producen corriente eléctrica a partir de la radiación solar, actualmente la mejora en eficiencia, facilidad de construcción y políticas de menor daño ambiental mediante el uso de materiales orgánicos se produce dispositivos fotovoltáicos deseables. Se intenta utilizar estos materiales (antocianinas del colorante de Zea mays, complejadas con aluminio (III) y quercetina -Al(III)) que en unión con semiconductores convencionales logren satisfacer estas necesidades.

Hipótesis planteada

El estudio teórico de las propiedades estructurales, electrónicas y ópticas de los complejos antocianinas y quercetina con Al3+ funcionalizando un semiconductor mediante TD-DFT podría suponer un ahorro importante de tiempo y de dinero en el descubrimiento de materiales fotovoltaicos orgánicos, esto contrastado con el estudio experimental, innovará la tecnología y mejorará el rendimiento de las celdas solares, en base a materia prima muy difundida en la región.

Resultados esperados

Antocianina modelo proveniente del colorante del maíz morado (Zea mays) en la formación de complejos con aluminio (III), interaccionando con semiconductores TiO2 y SnO2, estudio completo de sus propiedades estructurales y electrónica, teóricas y experimentales. (Tesis de posgrado, 01 publicación de artículo científico) 2 Quercetina con formación de complejos con aluminio (III), interaccionando con TiO2 y SnO2, estudio completo de sus propiedades estructurales y electrónica, teórica y experimental. (01 publicación de artículo científico).


Estudio comparativo de antocianinas-Aluminio(III) y quercetina - Aluminio(III) interaccionando con nanopartícula de SnO2 y TiO2 en su evaluación como fotoactivadores y su aplicación fotovoltaica.

Impactos esperados

La inversión en el proyecto permitirá equipar el laboratorio para el aislamiento y purificación de pigmentos presentes en colorantes naturales y la implementación de metodologías que permitan estudiar su interacción con semiconductores en la búsqueda de mejorar los rendimientos de captación de energía solar en celdas fotovoltaicas, la implementación de la línea computacional en este tipo de estudios permitirá un ahorro de tiempo y dinero en la planificación del trabajo experimental. El proyecto permitirá el desarrollo de la línea de investigación en la obtención de energía limpia, con aprovechamiento de recursos renovables como la energía solar, que existe en abundancia en nuestra región. El proyecto permitirá capacitar a alumnos tanto de pregrado como de posgrado de física y química en esta línea de investigación contribuyendo a su formación como científicos. Los resultados que se obtengan serán publicados aumentando la visibilidad de la Universidad Nacional de San Agustín en materia de Investigación. Se fortalecerá la integración de grupos de investigación peruanos con grupos internacionales como el del Laboratorio de Materiales Magnéticos del NFA Institute of physics University of Brasilia de Brasilia, Brasil.