Tópicos Avanzados de química Computacional aplicados a Ciencias de Materiales

Descripción

Este es un curso de formación académica de postgrado cuyo objetivo es brindar formación avanzada y especializada en el uso de herramientas computacionales aplicadas al estudio y diseño de materiales avanzados. Para alcanzar este objetivo se emplearán los fundamentos de la Química Computacional y de la Teoría de Funcionales de Densidad como herramientas metodológicas avanzadas en la determinación y predicción de propiedades de los materiales en sus diferentes dimensionalidades (0D: molecular; 1D: cadenas; 2D: superficies; 3D: sólidos periódicos). Además, se darán las bases para analizar fenómenos dependientes del tiempo, y su evolución temporal en sistemas complejos formados por diferentes fragmentos moleculares.

Este curso se ha desarrollado durante el segundo semestre del año 2025 empleando programas de estructura electrónica de los materiales de diferentes dimensionalidades tales como: Gaussian16, ORCA, CP2K y Multiwfn. La implementación de estos programas busca amplificar el conocimiento y entendimiento de las propiedades de los materiales avanzados y la simulación de propiedades macroscópicas a partir de modelos estructurales, moleculares, y también sistemas periódicos, con énfasis en el análisis de la función de onda, y de la densidad electrónica.

 

Contenido

•  Tema 1: Fundamentos generales de la Química Computacional
  1. Teoría de Funcionales de Densidad (DFT)
  2. Elección del nivel de teoría: Funcionales, Base orbitales, Solvatación la relación Costo-computacional/precisión.
  3. Aproximaciones y su efecto en la precisión. Revisando Antecedentes y nuevos funcionales
• Tema 2: Tópicos avanzados en el diseño de Materiales Avanzados
  1. Búsqueda Conformacional y sistemas interactuantes empleando modulos GOAT, Docker y Solvator frente a sistemas de alta complejidad con ORCA6
  2. Sistemas interactuantes: Analizando las interacciones intermoleculares empleando modelos basados en el gradiente de la densidad. Teoría AIM, IGM, y DCD
  3. Time-Dependent DFT: Espectros electrónicos y estudios de los estados excitados. Analizando la función de onda con Multiwfn
  4. DFT Periódico empleando el programa CP2K.
  5. Dinámica Molecular DFT: Evaluando la evolución temporal de sistemas moleculares.
• Tema 3: Aplicaciones en materiales Avanzados
  1. Sistemas de adsorción en materiales 0D, 2D y 3D para la remoción de contaminantes.
  2. Transferencia de carga y energía en estados basales y excitados para la conversión de energía.
  3. Estudios de la Propiedades termodinámicas y vibracionales en sistemas complejos. Potenciales Redox, Energía Libre de Gibbs, Entalpía y entropía de reacción

Relator

Dr. Kerry Wrighton

Profesor de Química titulado en 2011 por la Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación (UMCE). Entre 2012 y 2017, obtuvo su doctorado en Química en la Universidad de Santiago de Chile (USACH), donde continuó su investigación postdoctoral hasta 2018. Desde 2020, ha desarrollado un Postdoctorado FONDECYT en el Programa de Fomento Institucional a la Investigación, Desarrollo e innovación (PIDi) de la Universidad Tecnológica Metropolitana (UTEM), bajo la supervisión del Dr. Diego Cortés-Arriagada. Actualmente, forma parte del Centro Integrativo de Biología y Química Aplicada (CIBQA) perteneciente a la Facultad de Ciencias de la Salud de La Universidad Bernardo O’Higgins. Además, lidera un proyecto FONDECYT de iniciación, enfocado en el estudio teórico de la transferencia de carga y energía en materiales híbridos orgánico-inorgánicos para la activación y reducción de CO2, simulando sistemas de fotosíntesis artificial.

Su investigación principal se centra en el análisis de los procesos de transferencia de carga y energía en ensamblajes huésped-anfitrión, utilizando estructuras metal-orgánicas como anfitriones y moléculas huésped como moduladores del fenómeno. Sus líneas de investigación se enmarcan en las ciencias de materiales y la fisicoquímica inorgánica, con énfasis en las propiedades electrónicas de materiales híbridos inorgánico-orgánicos y el estudio de propiedades magnéticas mediante cálculos de estructura electrónica. En ambos casos, el enfoque principal radica en los arreglos supramoleculares y su influencia en las propiedades electrónicas, ópticas, espectroscópicas y magnética.

Participaron en este curso

Han participado un total de 15 personas de distintas universidades:

• Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (México)
• Universidad Bernardo O’Higgins (Chile)
• Universidad de Colima (México)
• Universidad de Chile (Chile)
• Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla (México)
• Pontificia Universidad Católica de Chile (Chile)