M. C. VICTOR EDUARDO COMPARAN PADILLA

Resumen
En el presente trabajo se estudiaron las propiedades electrónicas y estructurales de grafeno dopado y co-dopado con: fósforo (P), aluminio (Al) y silicio (Si). Además, se estudió la adsorción del sulfuro de hidrógeno (H₂S) y amónico (NH₃) sobre grafeno dopado con P y/o Si, así como, sus propiedades vibracionales; mediante cálculos ab initio utilizando la teoría del funcional de densidad (DFT). Los cálculos se llevaron a cabo utilizando el código libre Quantum ESPRESSO. La incorporación de heteroátomos en el grafeno, distorsiona la celda unitaria modificando las longitudes y los ángulos de enlace, los cambios son más evidentes en el grafeno dopado con aluminio y son sensibles al incremento de la concentración del dopante. A diferencia del grafeno sin dopar, los dopados con fósforo y aluminio presentan un comportamiento metálico, por su parte el dopado con silicio generó un gap de 0.25 eV y puede ser incrementado a 0.41 eV cuando hay dos átomos de silicio como dopantes. El grafeno co-dopado con fósforo-aluminio generó un gap de 0.48 eV, el cual incrementa a 0.61 eV en presencia de cuatro heteroátomos. Por otra parte, las propiedades electrónicas del grafeno dopado con fósforo, pueden cambiar con la adsorción de sulfuro de hidrógeno y amoniaco. El grafeno dopado con silicio sólo mostró cambios con la adsorción de sulfuro de hidrógeno. Solamente el grafeno dopado son silicio mostró una adsorción química con el amoniaco. De los resultados obtenidos se puede decir que el grafeno dopado con fósforo es un buen candidato como sensor de gases para sulfuro de hidrógeno y amónico, a diferencia del dopado con silicio que podría servir como sensor de sulfuro de hidrógeno. Los espectros de Raman obtenidos, muestran cambios en bandas significativas del grafeno, para los sistemas adsorbidos, consistentes con los reportados experimentalmente.

Abstract
In the present work has been studied the electronic and structural properties of doped and co-doped graphene with: phosphorus (P), aluminum (Al) and silicon (Si). Besides it was studied the adsorption of hydrogen sulfide (H₂S) and ammonia (NH₃) on doped graphene with P and Si, as well as their vibrational properties, by means of ab initio calculations using density functional theory (DFT). The calculations were performed on Quantum ESPRESSO. The heteroatom incorporation in graphene distorts the unit cell altering the lengths and angles of bonds, the modifications are more evident in the aluminum doped graphene and sensitive to increase of dopant concentration. Unlike pristine graphene, the doped with phosphorus and aluminum shows an metallic behaviour, for its part the doped with silicon obtained a gap of 0.25 eV and can be increase to 0.41 eV when have two atoms of silicon like dopants. The co-doped graphene with phosphorus-aluminum shows a gap of 0.48 eV, which increases to 0.61 eV in presence of four heteroatoms. On the other hand, the electronic properties of phosphorus doped graphene can change with the adsorption of hydrogen sulfide and ammonia. The doped graphene with silicon only showed changes with the adsorption of hydrogen sulfide. Alone the silicon doped graphene showed an chemestry adsorption with ammonia. From the obtained results we can said that the phosphorus doped graphene is suitable like gas sensor for hydrogen sulfide and ammonia unlike of the doped with silicone that can be used like sensor for hydrogen sulfide. The Raman spectra of the adsorbed systems shows changes in important bands of graphene that are consistent with experimental results.

“Estudio ab initio de Propiedades Eléctricas y Vibracionales de las Moléculas H2S y NH3 Adsorbidas Sobre Grafeno Dopado”