First-principles calculations focused on the study of MXenes with potential applications in energy storage devices

First-principles calculations focused on the study of MXenes with potential applications in energy storage devices

Victor Hugo Medina Macias (2023, [Tesis de maestría])

First-principles studies of Ti/Ta-based ordered alloy MXenes have demonstrated their viability as anode material in Li-ion batteries due to their promising electrochemical properties. However, the influence of surface functional groups on the atomic-scale lithiation processes remains unknown. In this thesis, we employ first-principles density functional theory (DFT) calculations to investigate the thermodynamic stability, structural characteristics, and electrochemical properties of O-, F-, Cl-, and OH-functionalized Ti2Ta2C3 ordered alloy MXenes during Li intercalation. Our calculations reveal surface functionalization with O, F, Cl, and OH is thermodynamically stable, indicating their viability as functional groups. Also, we identify the H3 high symmetry site as the most favorable configuration for Li intercalation. To evaluate electrochemical performance, electrochemical characterization is carried out employing open circuit voltage (OCV) curves. Our findings demonstrate changes in storage capacities depending on the functional group, with O-functionalized MXenes exhibiting larger storage capacities in contrast to other functional groups in Ti2Ta2C3 MXene anode materials. The theoretical single-layer gravimetric storage capacities for O-, F-, and Cl-functionalized Ti2Ta2C3 MXene anodes are 91.77, 52.38, and 24.21 mAh/g, respectively. OH-functionalized MXenes failed to show thermodynamic stability during lithiation and favored Li cluster formation over an intercalation process. These results show how functional groups affect the potential performance of Ti2Ta2C3 MXene materials in energy storage applications and provide insights for correctly selecting the functional group of the host material.

Mediante cálculos de primeros principios se ha demostrado la viabilidad del MXene formado por la aleación ordenada Ti/Ta como material anódico en baterias de iones de litio, esto debido a sus propiedades electroquímicas prometedoras. Sin embargo, la influencia de los grupos funcionales superficiales en el proceso atómico de litiación permanecen desconocidos. En esta tésis, empleamos cálculos de primeros principios basados en la Teoría del Functional de la Densidad (DFT) para investigar la estabilidad termodinámica, las características estructurales y las propiedades electroquímicas del MXene de aleación ordenada Ti2Ta2C3 funcionalizado con grupos O, F, Cl y OH, durante el proceso de intercalación de iones de litio. Nuestros cálculos demuestran la estabilidad termodinámica de la funcionalización superficial con grupos O, F, Cl y OH, indicando su viabilidad como grupos funcionales. Adicionalmente, identificamos el sitio de alta simetría H3 como la configuración más estable para la intercalación de Li. Para evaluar el rendimiento electroquímico, se realizó la caracterización electroquímica empleando curvas de voltage de circuito abierto (OCV). Nuestros hallazgos demuestran cambios en la capacidad de almacenamiento dependiendo del grupo funcional, siendo el MXene funcionalizado con oxígenos el que exhibe mayores capacidades de almacenamiento en contrastre con los otros grupos funcionales presentes en el MXene Ti2Ta2C3. Las capacidades gravimétricas de almacenamiento para los ánodos de Ti2Ta2C3 de una sola capa funcionalizados con O, F y Cl son 91.77, 52.38 y 24.21 mAh/g, respectivamente. Los MXenes funzionalizados con grupos OH no mostraron estabilidad termodinámica durante el proceso de litiación y favorecieron la formación de clusters de Li en su lugar. Estos resultados demuestran cómo los grupos funcionales cambian el rendimiento potencial de MXenes de Ti2Ta2C3 en aplicaciones de almacenamiento de energía y proporciona información para seleccionar correctamente el grupo funcional del material base.

MXene, MXene de aleación ordenada, Bateria de Li-ion, Material anódico MXene, ordered alloy MXene, Li-ion battery, Anode material INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Energía limpia del agua sucia: aprovechamiento de lodos residuales

GABRIELA MANTILLA MORALES Luciano Sandoval Yoval MERCEDES ESPERANZA RAMIREZ CAMPEROS JAVIER ALEJANDRO NAVARRO FRANCO ALBERTO ESQUIVEL SOTELO César Calderón Mólgora (2017, [Libro])

El aprovechamiento del agua residual y sus subproductos cada vez es más relevante, ya que representa una oportunidad impulsar el desarrollo sustentable: no solo se evita la contaminación de los cuerpos receptores, sino que genera una sinergia que permite alcanzar lo que se denomina un círculo virtuoso en el aprovechamiento de los recursos. Se busca crear mayor conciencia para reducir y reutilizar las aguas residuales que se generan por todas las actividades que lleva a cabo el ser humano para garantizar su supervivencia, bienestar y calidad de vida. Este libro presenta los resultados de los esfuerzos conjuntos de la Secretaría de Energía y del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, para determinar el potencial de generación de energía eléctrica a partir de lodos residuales de plantas de tratamiento municipales.

Fuentes de energía no contaminante Lodos residuales Plantas de tratamiento INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Preparation and characterization of strongly sulfonated acid block and random copolymer membranes for acetic acid esterification with 2-Propanol

Verónica Rosiles González Ronan Le Lagadec ARELLY PAULINA VARGUEZ CATZIM María Isabel de los Dolores Loría Bastarrachea Abigail Gonzalez Diaz EMANUEL HERNANDEZ NUÑEZ Manuel de Jesús Aguilar Vega MARIA ORTENCIA GONZALEZ DIAZ (2022, [Artículo])

In this paper, we report the synthesis of block and random copolymers of 2-acrylamido-2-methyl-1-propane sulfonic acid (AMPS) and methyl methacrylate (MMA), with different AMPS feed ratios. These solution-processable copolymers with strongly sulfonated acid groups resulted in membranes with tunable ion exchange (IEC) and water absorption capacities. AFM images confirmed the microphase separation of PAMPS-b-PMMA-1:1 block copolymer membrane, annealed under the appropriate conditions. The resulting copolymers from the random combination of a 1:1 molar ratio of AMPS and MMA monomers are effective at enhancing the esterification conversion of acetic acid, when compared with a reaction catalyzed by PAMPS-b-PMMA block copolymers and the previously studied catalytic membranes. With the PAMPS-co-PMMA-1:1 membrane, the esterification reaction using acetic acid achieved 85% isopropyl acetate. These results are closely correlated with the increase in IEC (2.63 mmol H+ g−1 ) and the relationship between weight loss (20.3%) and swelling degree (68%) in 2-propanol. © 2022 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland.

BLOCK COPOLYMERS RANDOM COPOLYMERS CATALYTIC MEMBRANES ESTERIFICATION ISOPROPYL ACETATE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Selección del tren de tratamiento para deshidratar y reducir el volumen del lodo de plantas potabilizadoras

MARTÍN PIÑA SOBERANIS LUCIANO SANDOVAL YOVAL MARTIN PIÑA SOBERANIS (2001, [Artículo])

El objetivo del estudio fue evaluar la influencia del tipo de tratamiento y del polímero empleado en la deshidratación del lodo, así como en la reducción de su volumen. Para tal efecto, se utilizaron los parámetros de resistencia específica a la filtración, tiempo de filtración y porcentaje de humedad.

Potabilización Tratamiento del lodo Deshidratación de lodos Plantas de tratamiento INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Distribución de la variación genética de insectos asociados a Hesperoyucca whipplei en la península de Baja California

Distribution of genetic variation of insects associated with Hesperoyucca whipplei in the Baja California peninsula

Roberto Suárez Hernández (2024, [Tesis de maestría])

El tipo de interacción ecológica obligada entre plantas hospederas y sus insectos asociados ha demostrado tener un impacto en la diversidad genética de las especies involucradas. La yuca de chaparral, Hesperoyucca whipplei, presenta una relación de mutualismo obligado con la polilla polinizadora Tegeticula maculata, y de comensalismo obligado con la polilla Prodoxus marginatus. Ambos insectos depositan sus huevos en estructuras de la flor y se alimentan del fruto en desarrollo. Con el fin de determinar el efecto de la interacción ecológica sobre la diversidad genética de los insectos, en este estudio se evaluó el nivel de variación y estructura genética de ambas polillas a lo largo de la península de Baja California. Se amplificó el gen mitocondrial COI en 86 individuos de T. maculata y 120 individuos de P. marginatus. La diversidad haplotípica fue menor en T. maculata (Hd = 0.601) en comparación con P. marginatus (Hd = 0.966) mientras que la diversidad nucleotídica fue baja en ambas especies (Pi= 0.0018 y 0.007 respectivamente). Las redes haplotípicas, el AMOVA, la prueba mismatch y los valores D de Tajima en T. maculata indican un patrón de expansión poblacional, mientras que en P. marginatus indican una estabilidad demográfica. Estos hallazgos sustentan que el mutualismo obligado entre H. whipplei y T. maculata, en contraste con el comensalimo obligado con P. marginatus, tiene un impacto directo en el nivel de la diversidad genética de las polillas, más que en su estructura a lo largo del área de distribución.

The type of obligate ecological interaction between host plants and their associated insects has been showing to have an impact on the genetic diversity of the species involved. The chaparral yuca (Hesperoyucca whipplei) presents a relationship of obligate mutualism with the pollinating moth Tegeticula maculata, and obligate commensalism with the moth Prodoxus marginatus. Both insects deposit their eggs in flower structures and feed on the developing fruit. To determine the effect of ecological interactions on insects’ genetic diversity, this study evaluated the level of variation and genetic structure of both moths throughout the Baja California peninsula. The mitochondrial COI gene was amplified in 86 individuals of T. maculata and 120 individuals of P. marginatus. Haplotypic diversity was lower in T. maculata (Hd = 0.601) compared to P. marginatus (Hd = 0.966) while nucleotide diversity was low in both species (pi = .0018 and 0.007 respectively). Haplotype networks, AMOVA, mismatch test and Tajima’s D values in T. maculata indicate a pattern of population expansion, whereas in P. marginatus they indicate demographic stability. These findings support that obligate mutualism between H. whipplei and T. maculata, in contrast, to obligate commensalism with P. marginatus, has a direct impact on the level of genetic diversity of the moths, rather than on their structure across the distribution.

mutualismo, comensalismo, filogeografía comparativa, polillas mutualism, commensalism, comparative phylogeography, moth BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOLOGÍA DE INSECTOS (ENTOMOLOGÍA) ECOLOGÍA DE LOS INSECTOS ECOLOGÍA DE LOS INSECTOS

Análisis a escala atómica de interfases magnéticas con aplicaciones en espintrónica

Atomic scale analysis of magnetic interfases with spintronics applications

Rocio González Díaz (2023, [Tesis de maestría])

La espintrónica es un área de la nanociencia que tiene por cometido el estudio y manipulación del espín de los electrones para el desarrollo y mejoramiento de dispositivos electrónicos. De manera particular, se ha orientado a la búsqueda de materiales para la fabricación de memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM), diseñadas a partir de uniones túnel magnéticas (MTJ). Dichas uniones son heteroestructuras construidas a partir de un material aislante en cuya capa superior e inferior se dispone un compuesto ferromagnético. Una de las características de estos dispositivos es que presentan una anisotropía magnética perpendicular (PMA) y un efecto de torque por transferencia de espín (STT). Recientemente, un estudio experimental señala que la heteroestructura B2-CoAl/L10-MnAl es un candidato idóneo para la fabricación de MRAM, pues presenta PMA y STT. Sin embargo, en el trabajo experimental no se reporta un análisis de la estabilidad termodinámica de la heteroestructura. Dicho lo anterior, en este trabajo se hizo un estudio de la estabilidad termodinámica y estructural de B2-CoAl/L10-MnAl usando la teoría del funcional de la densidad (DFT). Se propusieron diferentes modelos de interfaz CoAl/MnAl y se determinó a través de un análisis energético cuál es la interfaz más estable. Los resultados obtenidos indican que la interfaz más estable sucede entre la última capa de Al del CoAl y la primera capa de Mn del MnAl. Además, se comprobó un efecto PMA en la heteroestructura B2-CoAl/L10-MnAl y se determinó que este comportamiento se origina esencialmente debido a la naturaleza ferromagnética de MnAl, pues CoAl no presenta características ferromagnéticas.

Spintronics is nanoscience area whose aim is the study and manipulation of electrons spin to development and improvement of electronic devices. In a particular way, the spintronics has focused to search of new materials to fabrication of magnetic random-access memory (MRAM), which are designed from devices call magnetic tunnel junctions (MTJ). This devices are heterostructures built from an insulating material with a ferromagnetic compound on top and bottom layers and characterized by the perpendicular magnetic anisotropy and spin-transfer torque (STT) effects prensent on it. Recently, an experimental study indicates the B2-CoAl/L10-MnAl heterostructure is a suitable candidate for the fabrication of MRAM based on MTJ devices. Nevertheless, the thermodynamic stability of the heteroestructure is not reported in the experimental work. Therefore, in this work a study of the thermodynamic and structural stability of B2-CoAl/L10-MnAl was performed using density functional theory (DFT). Different CoAl/MnAl interface models were proposed and the most stable interface was determined by an energy analysis. The results obtained, indicate that the most stable interface occurs between the last Al layer of CoAl and the first Mn layer of MnAl. In addition, a PMA effect in the B2-CoAl/L10-MnAl heterostructure was demonstrated and it was determined that this behaviour is essentially due to the ferromagnetic nature of MnAl, since CoAl does not present ferromagnetic characteristics.

simulaciones computacionales, interfases magnéticas, estabilidad termodinámica computational simulation, magnetic interfaces, termodinamic stability INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Effect of the noble metals addition on the oxidation behavior of Ni3Al

Jose Juan Ramos-Hernandez JESUS PORCAYO-CALDERON Jan Mayen Chaires GABRIEL ANGEL LARA RODRIGUEZ victor salinas JOSE-GONZALO GONZALEZ-RODRIGUEZ Lorenzo Martínez Gómez (2018, [Artículo])

This paper discusses the e1ect of the addition of noble metals on the microstructure, mechanism, and oxidation kinetics of the Ni3Al intermetallic alloy. Ni3Al was doped with 1% (atomic percent) of Au, Ag, Pd, and Pt. Oxidation behavior of the alloys was evaluated at 900, 1000, and 1100°C in O2 for 24 hours. XRD analysis showed that the addition of noble metals favored the oxide growth on preferential crystallographic planes. In addition, the preferential substitution of the noble metals in the Ni3Al structure modi>es the surface composition by increasing the Al/Ni ratio. It was observed that most of the alloys showed a subparabolic behavior, and only the intermetallic base and the alloy doped with Ag show a parabolic behavior at 900°C. ,e developed oxides were analyzed both super>cially and in cross section by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDXA). It was evident that only the intermetallic base showed the formation of a duplex oxide scale (Al2O3/NiO). ,e alloys doped with noble metals showed the oxide growth practically of pure Al2O3. ,is was due to a decrease in the di1usion of the Ni cations because of the presence of the noble metals in the crystalline structure.

Financial support from Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACYT, Mexico) (Project no. 159898 and Ph.D. scholarship to J. J. Ramos-Hernandez, Registration no. 202898) is gratefully acknowledged.

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Variación morfológica de las hormigas Myrmecocystus de las dunas costeras de Baja California, México

Morphological variation of Myrmecocystus ants from the coastal dunes of Baja California, Mexico

Samuel Antonio Hernández Jiménez (2023, [Tesis de maestría])

La península de Baja California cuenta con dunas costeras aisladas sobre las cuales se distribuyen hormigas del género Myrmecocystus Snelling, 1976, cuya distribución se restringe en estos hábitats; la artropofauna de estas dunas es poco conocida. Se evaluaron las diferencias morfológicas de Myrmecocystus de seis poblaciones recolectadas a lo largo de la península de Baja California correspondientes a seis dunas. Para medir las diferencias morfológicas de las poblaciones, se analizaron 109 individuos, 20 por cada duna, a excepción de una duna en donde sólo se recolectaron nueve individuos. Para evaluar los cambios de forma intra e interpoblacionales, se analizaron dos estructuras morfológico-funcionales: 1) cabeza, incluyendo el clípeo relacionada con la competencia y alimentación y 2) tórax, incluyendo el propodeo, que muestra la diferencia de casta entre obreras. Con una cámara fija montada en un microscopio estereoscópico se tomaron 198 microfotografías digitales, para evaluar cambios de forma mediante un análisis de morfometría geométrica. Se detectaron diferencias asociadas al aislamiento geográfico. La variación observada en la cabeza puede ayudar a diferenciar las poblaciones del norte de la península (Santa Rosaliíta, Punta Mazo, Guerrero Negro y Punta Abreojos) y las del sur (Las Barrancas y Bahía Magdalena), la variación morfológica del tórax no mostró diferencias significativas. Existen variaciones intraespecíficas que podrían ser consecuencia de las condiciones ambientales (fenotípicas) o por procesos aleatorios como la deriva génica. El presente estudio arroja datos de la variación morfológica de seis poblaciones que representan dos especies de Myrmecocystus aun no descritas para la península de Baja California. Estos resultados repercutirán en la descripción y un aumento documentado de la biodiversidad de la artropofauna bajacaliforniana.

The Baja California peninsula has isolated coastal dunes on which ants of the genus Myrmecocystus Snelling, 1976 are distributed, whose distribution is restricted in these habitats; The arthropofauna of these dunes is poorly understood. The morphological differences of Myrmecocystus were evaluated from six populations collected along the Baja California peninsula corresponding to six dunes. To measure the morphological differences of the populations, 109 individuals were analyzed, 20 for each dune, except for one dune where only nine individuals were collected. To evaluate intra- and interpopulation shape changes, two morphological-functional structures were analyzed: 1) head, including the clypeus related to competition and feeding, and 2) thorax, including the propodeum, which shows the caste difference between workers. With a fixed camera mounted on a stereoscopic microscope, 198 digital microphotographs were taken to evaluate shape changes through a geometric morphometry analysis. Differences associated with geographic isolation were detected. The variation observed in the head can help to differentiate the populations of the north of the peninsula (Santa Rosaliíta, Punta Mazo, Guerrero Negro, and Punta Abreojos) and those of the south (Las Barrancas and Magdalena Bay), the morphological variation of the thorax did not show significant differences. There are intraspecific variations that could be a consequence of environmental conditions (phenotypic) or random processes such as gene drift. The present study yields data on the morphological variation of six populations representing two species of Myrmecocystus not yet described for the Baja California peninsula. These results will have an impact on the description and a documented increase in the biodiversity of the Baja Californian arthropofauna.

Alometría, Especiación, Morfometría Geométrica, Forma, Especies no descritas Allotometry, Speciation, Geometric Morphometry, Shape, Undescribed Species BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOLOGÍA DE INSECTOS (ENTOMOLOGÍA) MORFOLOGÍA DE LOS INSECTOS MORFOLOGÍA DE LOS INSECTOS

Genome-wide association study of common resistance to rust species in tetraploid wheat

Daniela Marone Anna Maria Mastrangelo Karim Ammar Filippo Maria Bassi Meinan Wang Xianming Chen Diego Rubiales Oadi Matny Brian Steffenson (2024, [Artículo])

Wheat Rusts Tetraploid Wheat Multi-Location Trials CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA QUANTITATIVE TRAIT LOCI TETRAPLOIDY WHEAT RUSTS GENOME-WIDE ASSOCIATION STUDIES

La enfermedad por coronavirus (COVID-19) y la iniciativa de excepción de los derechos de patente de las vacunas: oportunidades para México

Aradit Castellanos Vera Víctor Hugo Flores Delgado (2022, [Artículo])

"En este trabajo damos una visión general de la iniciativa que propone la excepción de los derechos de patente de las vacunas contra el virus de la COVID-19, del escenario de crisis global en la que surgió, así como de los principales argumentos de la controversia que la envuelve. En ese contexto analizamos y discutimos las medidas adoptadas por México para el aprovisionamiento de vacunas y las posibles oportunidades que esta iniciativa le brinda."

"In this paper we give an overview of the initiative that proposes the exception of patent rights for vaccines against the COVID-19, the global crisis scenario in which it arose, as well as the main arguments of the controversy that surrounds it. In this context, we analyze and discuss the measures adopted by Mexico for the supply of vaccines and the possible opportunities that this initiative offers."

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