Simulação computacional de materiais bidimensionais: funcionalização de defeitos extensos no grafeno e retenção de contaminantes por argilominerais

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Lima, Felipe David Crasto de
• Orientador(a): Miwa, Roberto Hiroki
• Banca de defesa: Milla, Augusto Miguel Alcalde , Chacham, Helio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Física
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Física; Grafeno; Metais de transição; Adsorção; Fronteiras de grão; Retenção; Montmorilonita; Kaolinite; Graphene; Grain boundaries; Transition metals; Retention; Montmorillonite
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17642; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.405

Neste trabalho foram estudados dois sistemas bidimensionais, com diferentes características e aplicabilidade. Estudou-se a adsorção¸ dos metais de transição (MT) Fe, Co, Mn, e Ru sobre defeitos extensos, formados por fronteiras de grãos no grafeno. Primeiramente para o grafeno pristino, a adsorção¸ dos MT é mais estável no sítio central ao hexágono formado pelos carbonos. Na estrutura eletrônica o cone de Dirac do grafeno é preservado na presença dos MT. Para as fronteiras de grãos consideradas os MT possuem uma maior estabilidade, perante a adsorção¸, sobre os sítios da fronteira em relação ao do grafeno pristino. Através das barreiras de energia, observou-se canais de difusão para os MT sobre o defeito extenso. Estes canais de difusão indicam uma possível formação de nanolinhas de MT sobre o grafeno. Estudando um primeiro estágio das nanolinhas, observa-se a maior estabilidade do sistema com uma maior concentração dos MT sobre o defeito extenso, devido à interação MT-MT. Devido a magnetização dos MT de transição considerados, as nanolinhas possuem uma magnetização o não nula. Para as configuração mais estáveis os sistemas são metálicos, em particular para o Fe as estrutura de bandas indicam a existência de uma corrente anisotrópica por polarização de spin. No segundo estudo, foi considerada a capacidade de retenção de contaminantes metálicos Cd e Hg, nos argilominerais kaolinita (KAO) e montmorilonita (MMT). Através das energias de adsorção¸ dos contaminantes nos argilominerais, foi observada o aumento da estabilidade do sistema com a concentração, devido `a maior interaçãoo Cd-Cd e Hg-Hg. Foi observado ainda, que a KAO possui ligação mais forte entre monocamadas comparado com a MMT. Desta forma no processo de adsorção¸ ˜ao dos contaminantes nas formas naturais da KAO e MMT, esta ´ultima possui uma melhor capacidade de retenção de contaminantes, uma vez que o gasto energético necessário na intercalação dos contaminantes ´e menor. No entanto, quando se considera a modificação dos argilominerais, com moléculas que aumentam o espaçamento de suas monocamadas, existe uma condição ótima em que a KAO se torna mais favorável no processo de intercalação dos contaminantes. Através do modelo de adsorção de Langmuir para os argilominerais no espaçamento ótimo, obteve-se uma capacidade de retenção para a KAO 21% maior que a capacidade da MMT. A determinação do Espectro de Absorção de raios-X (XANES) próximos `a borda K para o Cd e Hg, permitiu a verificação de um deslocamento positivo da borda de adsorção¸ com a diminuição do espaçamento entre monocamadas. Este resultado indica a possibilidade da determinação da porcentagem de metais adsorvidos entre as monocamadas em relação aos não adsorvidos, a partir da decomposição do XANES experimental nos espectros encontrados.