SIMULACAO DA ESTRUTURA MOLECULAR E ELETRÔNICA DE POLIMEROS CONDUTORES

The search for materials with conductive capacity has been gaining attention in the scienti c community for its many technological applications. Moreover, understanding the charge transport phenomena in these materials it is still seen as a challenge to the scientic community. Poly (3,4-ethylenediox...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2016
Main Author: Andrade, Ageo Meier de lattes
Orientador/a: Lazaro, Sérgio Ricardo de lattes
Co-advisor: Camilo Junior, Alexandre lattes
Banca: Lavarda, Francisco Carlos lattes, Fiorin, Barbara Celânia lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada
Department: Química
Assuntos em Portugês:
PM6
PM7
RM1
DFT
Assuntos em Inglês:
PM6
PM7
RM1
DFT
Áreas de Conhecimento:
Online Access:http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2045
Citação:ANDRADE, Ageo Meier de. SIMULACAO DA ESTRUTURA MOLECULAR E ELETRÔNICA DE POLIMEROS CONDUTORES. 2016. 85 f. Dissertação (Mestrado em Química) - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Ponta Grossa, 2016.
Resumo Português:A busca por materiais com capacidades condutoras vem ganhando atenção na comunidade científica por suas inúmeras aplicações tecnológicas. Além disso, o entendimento do fenômeno de transporte de carga continua sendo visto como um desafio para a comunidade cientifica. Poli (3,4-etilenodioxitiofeno), PEDOT apresenta caracteristicas condutoras desejáveis porque sua estrutura molecular planar garante que haja o processo de transferência e separação de carga. Na investigação dessa propriedade, ferramentas computacionais surgem como uma alternativa de baixo custo financeiro quando comparados a técnicas experimentais. Sabendo que diversas metodologias semi-empíricas estão disponíveis e que a classe de polímeros condutores apresentam caracteressticas macromoleculares únicas; objetivou-se neste estudo a investigação das propriedades estruturais de 1-EDOT a 10-EDOT pelas mais recentes metodologias disponíveis no programa MOPAC2012, isto é, PM6, PM7 e RM1. Verificou-se que dentre elas, a metodologia PM6 forneceu bons resultados em relação aos resultados experimentais, principalmente por apresentar a cadeia polimérica planar para oligômeros de 2-EDOT a 10-EDOT. Cálculos em DFT tem sido usados para sistemas poliméricos orgânicos com características condutoras e evoluiu como uma das principais ferramentas computacionais para propriedades eletrônicas. Sendo assim, foram aplicados cálculos pontuais em DFT usando B3LYP/6-31++G(d,p)) de 1-EDOT a 10-EDOT a partir de estruturas otimizadas em PM6 obtendo-se informações relevantes ao transporte de carga, principalmente, redução da energia de band-gap, localizaçãoo dos orbitais de fronteiras e formação de um corredor de carga intramolecular. Investigou-se a partir destas informações o mapa de potencial eletrostático e a Densidade de Estados (DOS) por meio dos níveis discretos de energia. Na análise computacional de estados excitados, cálculos baseados em TDDFT usando B3LYP/6-31+G foram aplicados a sistemas moleculares, onde é possível investigar níveis discretos de excitação na faixa do UV-Visível. Nos pequenos oligomeros de 1-EDOT a 6-EDOT, utilizando a estrutura otimizada em PM6, tais cálculos mostraram a possibilidade de investigar as principais configurações de excitação do estado singlete em níveis discretos, mostrando a redução da energia necessária para excitação com o aumento da cadeia polimérica para esse material. Por ter verificado tanto a redução da energia de band-gap quanto da energia de excitação de singlete, e que ambos s~ao relacionados ao aumento da cadeia polimérica, investigou-se a previsão por extrapolação para um sistema macromolecular com infinitos oligômeros. Nessa análise, a regressão linear aplicada aos resultados de 2-EDOT a 6-EDOT apresentou a menor energia de band-gap. Posteriormente, o band-gap foi relacionado ao comprimento de onda máximo da absorção de singlete. Concluiu-se que é possível aplicar cálculos semi-empíricos em conjunto com cálculos pontuais em DFT e TDDFT na investigação de propriedades condutoras de materiais poliméricos proporcionando resultados expressivos para entender o transporte de carga e a prediação de propriedades estruturais e eletrônicas.
Resumo inglês:The search for materials with conductive capacity has been gaining attention in the scienti c community for its many technological applications. Moreover, understanding the charge transport phenomena in these materials it is still seen as a challenge to the scientic community. Poly (3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT features desirable characteristics where planar molecular structure ensures process of charge transfer and charge separation. In the investigation of these properties, computational tools emerge as an alternative with low nancial cost when compared to experimental techniques. Knowing that several semi-empirical methodologiess are available and the class of conductive polymers exhibit unique macromolecular characteristics; the objective of this study was to investigate the structural properties of 1-EDOT to 10-EDOT by the latest methodologies available in MOPAC2012 program, that is, PM6, PM7 and RM1. It was found that among them, PM6 methodology provided good results, especially for presenting the planar polymer chain to oligomers of 2-EDOT to 10-EDOT. DFT calculations have been used for organic polymeric systems with conductive characteristics and has evolved as a major computational tools for electronic properties. Thus, for 1-EDOT to 10-EDOT optimized by PM6 methodology, single point calculations were applied using DFT B3LYP/6-31++G(d,p) obtaining information related to the charge transport, especially reducing band-gap energy, border orbital location and formation of an intramolecular charge hall. From these informations, were investigated electrostatic potential map and Density of States (DOS) based on energy levels. In computational analysis of excited states, calculations based on TDDFT using B3LYP/6-31+G were applied to molecular systems, where it was possible to investigate discrete levels of excitation energy in the UV-visible range. In small oligomers of 1-EDOT to 6-EDOT using PM6 optimized structures such calculations showed the possibility of investigating the main configuration related to discrete levels, showing the reduction in energy required for excitation with increasing polymer chain for this material. Having noted both the reduction of energy band-gap and the singlet excitation energy, relatedto increasing polymeric chain, it was investigated these properties for a macromolecular system considering infinite oligomers. In this analysis, linear regression applied to the results of 2-EDOT to 6-EDOT had the lowest band-gap energy. Subsequently, band-gap energy was related to the wavelength of maximum absorption of the singlet excitation energy. It was concluded that it is possible to apply semi-empirical calculations followed by single-pint DFT and TDDFT calculations in the investigation of conductive properties of polymeric materials providing significant results to understand charge transport and the prediction of structural and electronic properties.