FONDECYT Iniciación: Química computacional para dilucidar los mecanismos de reacción de grafeno con moléculas relevantes que contienen oxígeno.
Proyecto financiado por ANID-Chile a través del esquema FONDECYT INICIACIÓN.
Índice
Rol
Como investigadora principal de este proyecto, estuve a cargo de proveer de los equipos necesarios y de enseñar química computacional a los alumnos trabajando en este proyecto. Supervisé tres trabajos de tesis para completar los objetivos del proyecto, y se está trabajado en otras tres tesis derivadas de este proyecto. Además presenté los resultados científicos en conferencias y los transformé en publicaciones. Adicionalmente, las relaciones con distintos grupos proporcionó múltiples impactos positivos en nuestro trabajo.
Dr. Andrea Oyarzún
Investigadora principal, académica de la Universidad de Magallanes.
Objetivo
Este proyecto busca mejorar el entendimiento de los mecanismos de reacción para las interacciones entre grafeno con O2, NO, NO2, N2O, H2O, CO2 y como comparación H2 también se ha incluído.
Resultados
This project studied oxygen transfer reaction mechanisms. We focused into the mechanistic differences of the graphene reaction with H2O and CO2, including the effect of zigzag vs. armchair sites and their availability, also comparing with previous work on the NO and O2 reactions. We also compared models of graphene clusters vs. the extended edges of nanoribbons. We briefly studied the reaction of graphene with NO, N2O and NO2, and we made emphasis on the interactions of curved and non-curved extended edges with H2 and O2. An experimental plan was prepared to better understand the NO reaction, but the experiment was postponed due to the pandemic. Publications and manuscripts include thermodynamic and kinetics information of the reactions, and databases with calculated files and multimedia information. Three theses, one of them about NOx pollution, and a collaboration proposal with a soot formation modeling group were written. Three derived theses and a manuscript are in development.
Publicaciones
Terminamos un artículo, publicamos dos más y escribimos dos manuscritos. Además presentamos cuatro trabajos en conferencias internacionales.
Publicados
1. Oyarzún-Aravena, A.M., Gottschalk-Ojeda, C., Moya-Barría, I., and Vallejos-Burgos, F., Edge type effect in the gasification mechanism of graphene clusters with H2O and/or CO2: armchair vs. zigzag. Carbon, 2022. 193: p. 412-427.
2. Oyarzún-Aravena, A. M., Moya-Barría, I. I. & Navarro-Pérez, D. J. (2022). Formación en química computacional y sus aplicaciones a través de un proyecto de investigación desarrollado en la Patagonia chilena. Formación universitaria, 15103-116.
3. Oyarzún, A., García, X., and Radovic, L., IRC data for a mechanistic route starting with H2O adsorption and finishing with H2 desorption from graphene. Data in Brief, 2020. 30: p. 105362.
4. Oyarzún, A.M., García-Carmona, X., and Radovic, L.R., Kinetics of oxygen transfer reactions on the graphene surface. Part II. H2O vs. CO2. Carbon, 2020. 164: p. 85-99.
5. Oyarzún, A.M., Latham, C.D., Radovic, L.R., Briddon, P.R., and Rayson, M.J., Spin density distributions on graphene clusters and ribbons with carbene-like active sites. PCCP, 2018. 20(42): p. 26968-26978.
Manuscritos
(2 ya publicados)
(2 en desarrollo)
Artículos de conferencia
1. Oyarzún-Aravena, A.M., Moya-Barría, I.I., and Navarro-Pérez, D.J., Formación en Química Computacional y sus Aplicaciones a través de un Proyecto de Investigación, CIFCOM2021, Bogotá, Colombia (online).
2. Oyarzún-Aravena, A. and Gottschalk-Ojeda, C., Poster: Graphene reactions with water and carbon dioxide on armchair sites., in Carbon 2019. 2019: Lexington, USA.
3. Oyarzún-Aravena, A. and Moya-Barría, I.I., Curvature effects on the reactivity of nanomaterials., in Carbon 2019, C. Kulaots, Editor. 2019: Lexington, USA.
4. Oyarzún-Aravena, A., Poster: Novel kinetic interpretation of the carbon-NO reaction: N2O vs. NO2 as intermediates., in Carbon 2018: The World Conference on Carbon. 2018: Madrid, Spain.
5. Oyarzún-Aravena, A., Salgado-Casanova, A., Radovic, L., and García-Carmona, X., Thermodynamics and kinetics of graphene and H2O/CO2 reactions: insights of multiple-site edge effects., in Carbon 2018: The World Conference on Carbon. 2018, GEC: Madrid, Spain.
Colaboradores
Investigadores del área y estudiantes colaboraron con la investigadora principal en diferentes aspectos del proyecto.
Prof. José Rodriguez-Mirasol
Académico de la Universidad de Málaga. Visitó Chile. Colaboró con sugerencias, material educativo, evaluó tesis y planeó un experimento.
Dr. Fernando Vallejos-Burgos
Doctor en Ciencias de la Ingeniería. Colaboró con sugerencias para un artículo.
Ms. Daniela Navarro-Pérez
Master e Ingeniera Química. Colaboró con sugerencias para un artículo pedagógico.
Catalina Gottschalk
Ingeniera Química. Trabajó como tesista y como personal técnico.
Iván Moya
Ingeniero Químico. Trabajó como tesista y como personal técnico.
María Ruiz. Ingeniera en Química y Medioambiente. Trabajó como tesista.
Hugo Ramos. Estudiante. Trabaja como tesista.
Pablo Araya. Estudiante. Trabaja como tesista.
Boris Gomez. Estudiante. Trabaja como tesista.
Los antiguos supervisores de la investigadora principal, también contribuyeron con consejos y revisiones a los manuscritos.
Prof. Ljubisa Radovic
Académico de Pen State University y la Universidad de Concepción. Colaboró con sugerencias para dos artículos.
Dr. Christopher Latham
Físico. Aportó con sugerencias para la selección del sistema computacional y colaboró con un artículo.
Grupos de investigación visitados
Loughborough University
Cambridge, UK
El group de modelamiento computacional (CoMo), dirigido por el Prof. Markus Kraft y que se encuentra asociado al Departamento de Ingeniería Química y Biotechnología de la Universidad de Cambridge.
Difusión y enseñanza
Programa EXPLORA
The PI participated in the 1000 scientists, 1000 classrooms program, presenting this project to a school in Punta Arenas.
Taller de Química Computacional
A workshop was developed to train theses students. The workshop was also taught to postgraduate students.
Semana Explora en la UMAG
To enhance the interest of school students in chemistry, we include models of this project in the annual university-open-doors activity.
Seminario a la Facultad de Ingeniería
En conjunto con el profesor José Rodriguez-Mirasol, se presentó una serie de charlas a estudiantes y autoridades invitadas.
Universidad de Magallanes
La universidad preparó un espacio virtual para que los investigadores divulguen su trabajo a la comunidad.
Charla: Proyecto y enseñanza
El proyecto permitió a la investigadora entender la conexión entre la investigación y el desarrollo de conocimiento y la educación. Fue necesario preparar estudiantes para extender el alcance del proyecto. [Nota correspondiente a CIFCOM2021]
Equipos y herramientas
Se adquirieron e instalaron los servidores y el software requerido para realizar cálculos de química computacional.
Material educativo, incluyendo modelos y libros, se encuentran disponibles.
Agradecimientos
Proyecto financiado por ANID-Chile a través del programa FONDECYT INICIACIÓN.
Patrocinado por el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Magallanes.