Estudo computacional do indicador teórico de nanoclusters de metais de transição aplicados em processos de crescimento de nanotubos de carbono

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Peraça, Carina de Souza Teixeira
• Orientador(a): Piotrowski, Maurício Jeomar
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Física
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Nanocluster; Nanotubos de carbono; Catálise; Estados d; Metais de transição; Carbon nanotubes; Catalysis; d-states; Transition metal
• Área do conhecimento CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14779

Em processos catalíticos, o conhecimento a respeito das propriedades que caracterizam os elementos envolvidos e de grande importância para o entendimento das reações químicas. Assim, tornam-se necessários indicadores que apontem componentes adequados ao papel de catalisador em processos como, por exemplo, o método de deposição química a vapor (CVD), que permite o crescimento de nanotubos de carbono (NTCs). Neste trabalho, relatamos um estudo, com base na teoria do funcional da densidade, sobre nanoclusters de metais de transição, de 13 átomos, interagindo com fragmentos de nanotubos de carbono de quiralidades zigzag (5,0) e armchair (3,3). Foram consideradas todas as espécies de metais de transição da tabela periódica como possíveis candidatos a catalisadores para o método de deposição química a vapor. O nanocluster de configuração icosaédrica foi o modelo escolhido para simular as sementes de nucleação dos fragmentos curtos de nanotubos de carbono formados no in cio do processo de crescimento. As propriedades energéticas e estruturais de todos os sistemas otimizados apresentaram forte dependência da ocupação dos estados d ligantes e anti-ligantes. Neste sentido, o centro de gravidade da banda d mostrou-se um bom indicador para os metais considerados melhores candidatos a interação com os fragmentos de NTCs, sendo estes Sc-Cu; Y-Nb; Pd, Lu, Hf e Pt. Em termos de estabilidade, a interação com o nanotubo e favorável a todos os metais estudados, tendo-se apresentado como mais estáveis, os sistemas associados aos nanotubos zigzag, fato que se confirma em razão da curta distância entre os átomos de metal e carbono. As predições a respeito dos melhores candidatos a catálise são reforçadas pela relação linear entre energia de adesão, fator que determina a estabilidade, e centro de gravidade da banda d. Os valores de energia de adesão indicam que a intensidade da interação entre nanoclusters e fragmentos de NTCs e reduzida em função da ocupação dos estados d. Em consequência disto, os descritores analisados nesta dissertação podem ser considerados promissores para a descrição do processo de catálise de crescimento de NTCs em reações de CVD.