Computational studies of the size-effect and temperature on the electronic structure and stability of TiO2 nanoclusters

Abstract

El óxido de titanio, con tres fases cristalinas diferentes, es uno de los óxidos metálicos de transición más importante debido a sus propiedades fotocatalíticas, electrónicas e incluso biológicas. Sin embargo, el rendimiento de los nanoclusters de TiO2 depende fuertemente de su tamaño, forma y organización. Aunque los estudios teóricos de los nanoclusters de TiO2 se han realizado en gran medida, aún se necesitan resolver algunos desafíos para utilizar sus propiedades de la manera más práctica. Una combinación del método semi-empírico de densidad funcional tight-binding (DFTB) con la teoría funcional de la densidad ab initio (DFT) nos permitirán predecir y estudiar nanoclusters de TiO2, de manera que podamos predecir el nanocluster con la topología más estable dadas dos restricciones: el número de moléculas de TiO2 y la temperatura. Se aplican simulaciones de dinámica molecular para resolver la estructura atómica más probable de los nanoclusters n(TiO 2) (n = 1–10) a temperatura ambiente. La estructura electrónica de los candidatos más probables es calculada utilizando ab-initio DFT a nivel de el funcional híbrido B3LYP. Propiedades fisico-químicas como la energía electrónica, repulsión nu- clear, momento dipolar, momento cuadrupolo, polarizabilidad, HOMO, LUMO, brecha de energy, energía de punto cero y radio de giro también son predecidas.