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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4336| Estudio experimental-computacional de los mecanismos de detección del híbrido TiO2-GR en presencia de gas LP Experimental–computational study of the detection mechanisms of the TiO₂–GR hybrid in the presence of LPG | |
| Jonathan Efraín Rodríguez Hueso | |
| Hugo Alejandro Borbón Nuñez JONATHAN GUERRERO SANCHEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Sensor, Gas LP, TiO2, Grafeno, DFT Sensor, LP gas, TiO2, Graphene, DFT | |
| La detección confiable de gas licuado de petróleo (GLP) es fundamental para la seguridad en entornos domésticos e industriales debido a su alta inflamabilidad y a la ausencia de señales sensoriales inmediatas. En este trabajo se combinan simulaciones basadas en la teoría del funcional de la densidad con síntesis experimental para desarrollar un sensor híbrido de grafeno–dióxido de titanio (GR–TiO₂) con sensibilidad mejorada hacia el GLP. A escala atómica, las simulaciones revelan que las vacancias de oxígeno y las reconstrucciones en bordes escalonados de la superficie (101) de la fase anatasa de TiO₂ juegan un papel decisivo en la modulación de la adsorción y transferencia de carga de componentes clave del GLP, como el metanotiol. Estos hallazgos proporcionan una base mecanística para el diseño racional de materiales. Guiados por estos resultados teóricos, se depositaron películas delgadas de TiO₂ con vacancias de oxígeno sobre grafeno hidroxilado mediante la técnica de depósito por capas atómicas, obteniendo una interfaz híbrida altamente uniforme y modificada a nivel de defectos. La caracterización corriente-voltaje (I–V) mostró respuestas reproducibles y reversibles frente a la exposición al GLP, lo que valida las predicciones teóricas y confirma el potencial del sistema híbrido como sensor de alto desempeño operando a baja temperatura. Al correlacionar las modificaciones en la estructura electrónica con el desempeño macroscópico del sensor, este estudio resalta el valor del entendimiento a nivel atómico en el desarrollo de estrategias dirigidas y reproducibles para la ingeniería de superficies. La metodología establecida ofrece un marco predictivo para el diseño racional de sensores de gases y demuestra cómo la sinergia entre la modelación computacional y la síntesis controlada puede acelerar el desarrollo de plataformas de detección de nueva generación con alta sensibilidad, selectividad y escalabilidad. The reliable detection of liquefied petroleum gas (LPG) is essential for safety in domestic and industrial environments due to its high flammability and lack of immediate sensory cues. This work combines density functional theory (DFT) simulations with experimental synthesis to develop a graphene– titanium dioxide (GR–TiO₂) hybrid sensor with enhanced LPG sensitivity. At the atomic scale, simulations reveal that oxygen vacancies and step-edge reconstructions on the anatase TiO₂ (101) surface play a decisive role in modulating the adsorption and charge transfer behavior of key LPG components such as methanethiol. These insights provide a mechanistic foundation for rational material design. Guided by theory, oxygen-deficient TiO₂ thin films were conformally deposited on hydroxylated graphene via atomic layer deposition (ALD), resulting in a highly uniform, defectengineered hybrid interface. Current–voltage (I–V) characterization demonstrated reproducible, reversible responses to LPG exposure, validating the theoretical predictions and confirming the hybrid system’s potential as a low-temperature, high-performance sensor. By correlating electronic structure modifications with macroscopic sensing performance, this study underscores the value of atomistic understanding in creating targeted, reproducible strategies for surface engineering. The approach establishes a predictive framework for the rational design of gas sensors and illustrates how the synergy between computational modeling and controlled synthesis can accelerate the development of next-generation sensing platforms with high sensitivity, selectivity, and scalability. | |
| CICESE | |
| 2025 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Rodríguez Hueso, J.E. 2025. Estudio experimental-computacional de los mecanismos de detección del híbrido TiO₂–GR en presencia de gas LP. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 87 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| tesis_Jonathan Efraín Rodríguez Hueso_2025.pdf | Descripción completa de la tesis | 5.41 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |