[en] To the many health, environmental and energy generation concerns being faced at the beginning of the XXI Century, an equal amount of solutions are being searched for throughout the plentiful room at the bottom. This much is clear from theoretical and applied research into nanomaterials. In this Thesis, DFT simulations are used to characterize a wide range of nanomaterials, broadly divided into two categories: semiconductor materials for imaging applications, and metal catalysts for heterogeneous hydrogen evolution. Herein presented is a comparative description of the electronic structure of (MX) binary metal chalcogenide (MX = CdSe, CdS, ZnSe and ZnS), from bulk and surfaces to quantum dots. It has been shown that deleterious defects on slab surfaces and quantum dots can be reduced through ligand- and inorganic shell-passivation. The highly toxic CdSe was first characterized on its own, followed by the other three materials. Different (CdSe)@(MX) core-shell quantum models were simulated, for which different frontier orbital behaviors are seen in the ligand-coordinated coreshell models depending on the shell material. The computational material screening for hydrogen evolution electrocatalysts is firstly centered on the metal-only Pt(111) and Ru(100), modeled both as pristine and defective surfaces. Results show that Pt(111) activity remains high regardless, while that of defective Ru(100) slabs is enhanced on reconstructed binding sites. Finally, recently synthesized core-shell RuO2@Ru nanoparticles with high HER activity have been modeled as periodic, surface slab models. The RuO2 core is proposed to induce important structural and oxidation states changes on the Ru shell which benefit the HER onset. The need for hybrid materials with unique, highly tunable properties is made abundantly clear and lies at the heart of this Thesis.

[es] Ante las muchas preocupaciones de sanitarias, ambientales y relativas a la generación de energía que afrontamos a principios del siglo XXI, se está buscando una cantidad equivalente de soluciones en el mundo microscópico. Esto se desprende de la abundante investigación teórica y aplicada sobre nanomateriales. En esta tesis, simulaciones DFT se utilizan para caracterizar una amplia gama de nanomateriales, a grandes rasgos divididos en dos categorías: materiales semiconductores para aplicaciones en imagen y catalizadores metálicos para la evolución heterogénea de hidrógeno. Se presenta una descripción comparativa de la estructura electrónica de calcogenuros metálicos binarios (MX, MX = CdSe, CdS, ZnSe y ZnS), desde estructuras bulk y superficies hasta puntos cuánticos. Se ha demostrado que se pueden reducir los defectos de las superficies y en los puntos cuánticos mediante la pasivación con ligandos y con una shell inorgánica. El CdSe, que es altamente tóxico, ha sido primero estudiado por sí solo, seguido por los otros tres materiales. Por último, se han simulado modelos cuánticos tipo core-shell (CdSe)@(MX), observando diferentes comportamientos en los orbitales de frontera en los modelos coordinados por ligandos que dependen del material de la shell. Inicialmente, el cribado computacional de los materiales para la electrocatálisis de evolución de hidrógeno se centra en el Pt(111) y el Ru(100), ambos modelados tanto como superficies prístinas como defectuosas. Los resultados muestran que la actividad del Pt (111) se mantiene alta independientemente del modelo, mientras que en las slabs de Ru (100) defectuosas se mejora la actividad en los sites reconstruidos. Por último, unas nanopartículas RuO2@Ru core-shell sintetizadas recientemente y con una alta actividad HER se han moldeado como slabs periódicos de superficie. El núcleo de RuO2 induce importantes cambios estructurales y en los estados de oxidación en la shell de Ru que incrementa la actividad de la HER. La necesidad de comprender los materiales híbridos con propiedades únicas y altamente ajustables se encuentra en el corazón de esta tesis