Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Vieira, Haustin Stelmastchuk
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso embargado
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Londrina
Brasil
Ciência e Engenharia de Materiais
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4676
Resumo: Computational design has been increasingly employed in the rational development of new materials with highly targeted properties for multifunctional applications, i.e., due to the optimization of properties in an extremely short time to obtain results. Small bimetallic clusters (atoms / molecules) of noble metals, in particular, and their single components have been the focus of numerous studies in various fields of technological application. Despite the recognized great importance of these materials, however, there is a consensus that much of their properties are not yet very well understood microscopically. Thus, the present work presents a detailed theoretical analysis of small bimetallic clusters and single-components of silver (), gold (), copper () and their combinations. For this purpose, the Kohn-Sham density functional theory and time dependent density functional theory calculations were employed using the functional BP86 with the LANL2DZ base set, as implemented in the ORCA code 4.0. Theoretical results showed that, in the Mulliken population analysis, the presence of charge distributions and defined polarities between the atoms of some clusters indicated interaction potentials to polarized ligands. The energy gap analysis from the LUMO-HOMO energies difference showed an oscillation of their values as the cluster size and geometry is changed. For the decamers (10-atom clusters) of , and , a significant change in the UV-vis absorbance spectrum for ionic and neutral clusters can be observed. This is because the presence of positive / negative charge modifies the structural properties of clusters, such as the mean bond length (). Similarly, a subtle change in UV-vis spectra in different solvents was visualized in good agreement with the literature. These small changes were attributed due to the symmetry of the clusters, uniformity in the distribution of the constituent atoms and possibly also the polarity of the solvents used and how this alters the between atoms in the cluster. Moreover, such structural changes cause different types of distortions, that is, for and clusters our data suggest that these distortions are more symmetrical, whereas in the case of Cu we can observe a more asymmetric cluster distortion. Therefore, these results are employed to elucidate the effects of size, geometry and composition, on the electronic structure and spectroscopic properties of these bimetallic clusters.
id UTFPR-12_7873093918ac46077efe00a2828c8ca9
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/4676
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobreA theoretical comparison of structural and spectroscopic properties of small bimetalic and single-components silver, gold and copper clustersFuncionais de densidadeMetaisEstrutura eletrônicaAnálise espectralPrataOuroCobreDensity functionalsMetalsElectronic structureSpectrum analysisSilverGoldCopperCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAMateriaisComputational design has been increasingly employed in the rational development of new materials with highly targeted properties for multifunctional applications, i.e., due to the optimization of properties in an extremely short time to obtain results. Small bimetallic clusters (atoms / molecules) of noble metals, in particular, and their single components have been the focus of numerous studies in various fields of technological application. Despite the recognized great importance of these materials, however, there is a consensus that much of their properties are not yet very well understood microscopically. Thus, the present work presents a detailed theoretical analysis of small bimetallic clusters and single-components of silver (), gold (), copper () and their combinations. For this purpose, the Kohn-Sham density functional theory and time dependent density functional theory calculations were employed using the functional BP86 with the LANL2DZ base set, as implemented in the ORCA code 4.0. Theoretical results showed that, in the Mulliken population analysis, the presence of charge distributions and defined polarities between the atoms of some clusters indicated interaction potentials to polarized ligands. The energy gap analysis from the LUMO-HOMO energies difference showed an oscillation of their values as the cluster size and geometry is changed. For the decamers (10-atom clusters) of , and , a significant change in the UV-vis absorbance spectrum for ionic and neutral clusters can be observed. This is because the presence of positive / negative charge modifies the structural properties of clusters, such as the mean bond length (). Similarly, a subtle change in UV-vis spectra in different solvents was visualized in good agreement with the literature. These small changes were attributed due to the symmetry of the clusters, uniformity in the distribution of the constituent atoms and possibly also the polarity of the solvents used and how this alters the between atoms in the cluster. Moreover, such structural changes cause different types of distortions, that is, for and clusters our data suggest that these distortions are more symmetrical, whereas in the case of Cu we can observe a more asymmetric cluster distortion. Therefore, these results are employed to elucidate the effects of size, geometry and composition, on the electronic structure and spectroscopic properties of these bimetallic clusters.O design computacional têm sido cada vez mais empregado no desenvolvimento racional de novos materiais com propriedades altamente direcionadas para aplicações multifuncionais, ou seja, devido a otimização das propriedades em um intervalo de tempo extremamente curto para obtenção de resultados. Em particular, pequenos clusters (aglomerado de átomos/moléculas) bimetálicos de metais nobres e seus monocomponentes, têm sido foco de inúmeros estudos em diversos campos de aplicação tecnológica. Apesar da grande importância reconhecida desses materiais, no entanto, existe um consenso de que muita de suas propriedades ainda não são muito bem compreendidas a nível microscopico. Assim, o presente trabalho apresenta uma análise teórica detalhada de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata (Ag), ouro (Au), cobre (Cu) e suas combinações. Para tanto, empregou-se a teoria do funcional de densidade de Kohn-Sham e cálculos da teoria funcional de densidade dependente do tempo utilizando o funcional BP86 com o conjunto de bases LANL2DZ, conforme implementado no código ORCA 4.0. Os resultados teóricos mostraram que, na análise populacional de Mulliken, a presença de distribuições de carga e polaridades definidas entre os átomos de alguns dos clusters, indicaram potenciais de ligação a ligantes polarizados. A análise do gap de energia a partir da diferença das energias LUMO-HOMO evidenciou uma oscilação de seus valores à medida que o tamanho e geometria do cluster é alterado. Para o caso dos decâmeros (clusters com 10 átomos) de , e , é possível observar uma significante alteração no espectro absorbância de UV-vis para os clusters iônicos e neutros. Isso deve-se ao fato que a presença de carga positiva/negativa modifica as propriedades estruturais dos clusters, como o comprimento médio de ligação (). Da mesma forma, uma sútil alteração nos espectros de UV-vis em diferentes solventes foi visualizada em bom acordo com a literatura. Essas pequenas alterações foram atribuídas devido à simetria dos clusters, uniformidade na distribuição dos átomos constituintes e, possivelmente, também, na polaridade dos solventes utilizados e como isso altera o entre os átomos no cluster. Além disso, tais alterações estruturais provocam diferentes tipos de distorções, ou seja, para o caso dos clusters de Ag e Au nossos dados sugerem que estas distorções são mais simétricas, enquanto que no caso do Cu podemos observar uma distorção mais assimétrica do cluster. Portanto, esses resultados são empregados para elucidar os efeitos do tamanho, geometria e da composição, na estrutura eletrônica e nas propriedades espectroscópicas desses clusters bimetálicos.Universidade Tecnológica Federal do ParanáLondrinaBrasilCiência e Engenharia de MateriaisUTFPRLa Porta, Felipe de Almeidahttps://orcid.org/0000-0003-0990-7947http://lattes.cnpq.br/9613088203057046Amorin, Luís Henrique Cardozohttp://orcid.org/0000-0003-1040-3340http://lattes.cnpq.br/7171130991539657La Porta, Felipe de Almeidahttps://orcid.org/0000-0003-0990-7947http://lattes.cnpq.br/9613088203057046Nascimento, Érica Cristina Morenohttp://lattes.cnpq.br/9078602057716749Rigo, Vagner Alexandrehttp://lattes.cnpq.br/8134733370926343Vieira, Haustin Stelmastchuk2020-02-04T13:51:53Z2021-12-192020-02-04T13:51:53Z2019-11-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfVIEIRA, Haustin Stelmastchuk. Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre. 2019. 96 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2019.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4676porinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2020-02-05T06:00:52Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/4676Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2020-02-05T06:00:52Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
A theoretical comparison of structural and spectroscopic properties of small bimetalic and single-components silver, gold and copper clusters
title Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
spellingShingle Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
Vieira, Haustin Stelmastchuk
Funcionais de densidade
Metais
Estrutura eletrônica
Análise espectral
Prata
Ouro
Cobre
Density functionals
Metals
Electronic structure
Spectrum analysis
Silver
Gold
Copper
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Materiais
title_short Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
title_full Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
title_fullStr Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
title_full_unstemmed Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
title_sort Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre
author Vieira, Haustin Stelmastchuk
author_facet Vieira, Haustin Stelmastchuk
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv La Porta, Felipe de Almeida
https://orcid.org/0000-0003-0990-7947
http://lattes.cnpq.br/9613088203057046
Amorin, Luís Henrique Cardozo
http://orcid.org/0000-0003-1040-3340
http://lattes.cnpq.br/7171130991539657
La Porta, Felipe de Almeida
https://orcid.org/0000-0003-0990-7947
http://lattes.cnpq.br/9613088203057046
Nascimento, Érica Cristina Moreno
http://lattes.cnpq.br/9078602057716749
Rigo, Vagner Alexandre
http://lattes.cnpq.br/8134733370926343
dc.contributor.author.fl_str_mv Vieira, Haustin Stelmastchuk
dc.subject.por.fl_str_mv Funcionais de densidade
Metais
Estrutura eletrônica
Análise espectral
Prata
Ouro
Cobre
Density functionals
Metals
Electronic structure
Spectrum analysis
Silver
Gold
Copper
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Materiais
topic Funcionais de densidade
Metais
Estrutura eletrônica
Análise espectral
Prata
Ouro
Cobre
Density functionals
Metals
Electronic structure
Spectrum analysis
Silver
Gold
Copper
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Materiais
description Computational design has been increasingly employed in the rational development of new materials with highly targeted properties for multifunctional applications, i.e., due to the optimization of properties in an extremely short time to obtain results. Small bimetallic clusters (atoms / molecules) of noble metals, in particular, and their single components have been the focus of numerous studies in various fields of technological application. Despite the recognized great importance of these materials, however, there is a consensus that much of their properties are not yet very well understood microscopically. Thus, the present work presents a detailed theoretical analysis of small bimetallic clusters and single-components of silver (), gold (), copper () and their combinations. For this purpose, the Kohn-Sham density functional theory and time dependent density functional theory calculations were employed using the functional BP86 with the LANL2DZ base set, as implemented in the ORCA code 4.0. Theoretical results showed that, in the Mulliken population analysis, the presence of charge distributions and defined polarities between the atoms of some clusters indicated interaction potentials to polarized ligands. The energy gap analysis from the LUMO-HOMO energies difference showed an oscillation of their values as the cluster size and geometry is changed. For the decamers (10-atom clusters) of , and , a significant change in the UV-vis absorbance spectrum for ionic and neutral clusters can be observed. This is because the presence of positive / negative charge modifies the structural properties of clusters, such as the mean bond length (). Similarly, a subtle change in UV-vis spectra in different solvents was visualized in good agreement with the literature. These small changes were attributed due to the symmetry of the clusters, uniformity in the distribution of the constituent atoms and possibly also the polarity of the solvents used and how this alters the between atoms in the cluster. Moreover, such structural changes cause different types of distortions, that is, for and clusters our data suggest that these distortions are more symmetrical, whereas in the case of Cu we can observe a more asymmetric cluster distortion. Therefore, these results are employed to elucidate the effects of size, geometry and composition, on the electronic structure and spectroscopic properties of these bimetallic clusters.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-11-28
2020-02-04T13:51:53Z
2020-02-04T13:51:53Z
2021-12-19
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv VIEIRA, Haustin Stelmastchuk. Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre. 2019. 96 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2019.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4676
identifier_str_mv VIEIRA, Haustin Stelmastchuk. Uma comparação teórica das propriedades estruturais e espectroscópicas de pequenos clusters bimetálicos e monocomponentes de prata, ouro e cobre. 2019. 96 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2019.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4676
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Londrina
Brasil
Ciência e Engenharia de Materiais
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Londrina
Brasil
Ciência e Engenharia de Materiais
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498322848022528