Concepts of nanoscale electrochemistry: understanding the electron transfer in biological systems

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Pinzón Nieto, Edgar Fabian [UNESP]
• Orientador(a): Bueno, Paulo Roberto [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Velocidade quântica; Capacitância quântica; Densidade de estados; Eletrólito; Espectroscopia impedância eletroquímica
• Palavras-chave em Inglês: Quantum rate; Quantum capacitance; Density of state; Electrolyte; Electrochemical impedance spectroscopy; Molecular electronics
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/261774

A busca pela compreensão da dinâmica dos elétrons dentro da matéria tem cativado a investigação científica desde as origens da ciência. Ao longo do tempo, várias teorias e modelos — que vão desde a descoberta do elétron por Thomson até as teorias de transferência de elétrons de Marcus-Gerischer —contribuíram significativamente para nossa compreensão atual da eletrodinâmica e impulsionaram o desenvolvimento de aplicações eletrônicas críticas na sociedade moderna. No entanto, este capítulo da ciência permanece em aberto, com muitas questões sem resposta em torno dos princípios físicos que regem a dinâmica dos elétrons entre estados de energia quantizados dentro de nanomateriais. Por exemplo, o avanço de dispositivos optoeletrônicos baseados nas propriedades quânticas de estruturas em escala nanométrica é restringido por uma compreensão incompleta dos fenômenos de transferência e transporte de elétrons, uma vez que esses processos seguem os princípios da eletrodinâmica quântica em vez das leis da física clássica. O controle das propriedades elétricas e eletrônicas na escala nanométrica continua a ser um desafio considerável. Portanto, modelos fundamentados nas leis da mecânica quântica, juntamente com abordagens experimentais versáteis e acessíveis, são essenciais para avançar nossa compreensão da dinâmica dos elétrons nessa escala. Neste contexto, a presente pesquisa de doutorado investiga a eletrodinâmica de estruturas semicondutoras orgânicas e inorgânicas com diferentes tipos de confinamento quântico, incluindo nanofilmes de óxido de cobre, arranjos de pontos quânticos de telureto de cádmio, grafeno monocamada e arranjos de moléculas heterocíclicas do tipo push-pull, sob a perspectiva da Teoria da velocidade Quântica. Esta teoria, derivada dos princípios da eletrodinâmica quântica, é baseada no conceito eletrodinâmico de velocidade quântica v = e2/hCq , que se funda na propriedade de capacitância quântica Cq — uma característica associada à estrutura eletrônica que pode ser medida experimentalmente utilizando metodologias eletroquímicas dependentes do tempo. Através de medições de espectroscopia de impedância eletroquímica em um meio eletrolítico, interpretadas sob a perspectiva desse marco teórico, tornou-se possível medir diretamente a densidade de estados eletrônicos à temperatura ambiente de estrutura á nano-escala, e elucidar as regras quânticas que governam a eletrodinâmica nessas estruturas. Este estudo abriu novas avenidas para a pesquisa científica em um campo emergente conhecido como Eletrônica em Escala Nanométrica em Meios Eletrolíticos