Modelado y simulación computacional de nanopartículas metálicas y su interacción con moléculas orgánicas

Abstract

En el presente trabajo de Tesis doctoral se abordó el estudio de sistemas metálicos en la cala nanoscópica, y su interacción con moléculas orgánicas simples. El análisis de los mos se realizó en base a parámetros configuracionales y energéticos, observando su evolución temporal, desde una perspectiva teórica. Las metodologías de simulación empleadas fueron diversas, implernentadas a través de la utilización del lenguaje FORTRAN en códigos propios o de código libre. Investigamos el desempeño de varias técnicas de simulación, a saber, dinámica malecular, Mante Carlo canónico y multicanónico, para estudiar el comportamiento térmico y determinación de puntos de fusión de nanopartículas de Au, Co y de sus aleaciones. Se realizó un análisis comparativo de los mecanismos de fusión de estos sistemas. Así mismo, se presenta un estudio de modelado y simulación atomística analizando el efecto de las moléculas de ligando sobre la estructura cristalina de nanopartículas (NPs) de oro protegidas por monocapas de moléculas orgánicas. En particular, se centró en NPs de Au cubiertas con alcanotiolatos (SR), que forman un fuerte enlace covalente con la superficie de Au y las alquilaminas (NH2R), que se fisisorben sobre oro. Las interacciones a ómicas entre el oro y los grupos cabeza de las moléculas se representaron por medio de un potencial de interacción de muchos cuerpos recientemente desarrollado en el grupo de investigación. Encontramos que en el caso de los agentes pasivantes fuertes (es decir , SR) zeneran daños significativos en la superficie y/o estructura cristalina de la NP, mientras que las pasivantes débiles (NH2R) no producen casi ninguna distorsión en la estructura cri talina de las NPs metálicas. También hemos demostrado que el nuevo potencial puede reproducir sitios de adsorción de coordenadas bajas, a diferencia de los potenciales clásicos de a pares, ampliamente difundidos en la literatura. En general, nuestras simulaciones proporcionan una observación directa de la estructura de nanopartículas de oro protegidas po ligandos. Por último, se desarrolla una nueva aproximación del potencial de interacción, el cual mantiene las características esenciales del primer modelo, pero expande el rango de aplicabilidad al ensamble microcanónico y a algoritmos que usan la matriz hessiana, ya que el potencial resulta ser continuo y dos veces diferenciable.