Grafeno e adsorção de metais alcalinos : uma abordagem teórica
Autor(a)
Guedes, Beatriz Costa
Orientador(a) Coorientador(a)
Politi, José Roberto dos Santos
Data de aceite
2022-03-08
Data de disponibilizacao
2022-03-08
Data de publicacao
2022-03-08
Data de defesa submissao
2021-11-26
Citacao
GUEDES, Beatriz Costa. Grafeno e adsorção de metais alcalinos: uma abordagem teórica. 2021. 217 f., il. Dissertação (Mestrado em Química) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.
Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2021.
Resumo Portugues
O grafeno é uma forma alotrópica do carbono, que, nos dias atuais, tem despertado atenção das mais
variadas áreas de pesquisa, devido às suas propriedades físicas e químicas extraordinárias, com destaque
para a alta mobilidade de carga e área superficial. Sua rede cristalina favorece o surgimento de
propriedades eletrônicas de um semicondutor de gap zero entre as bandas de condução e de valência.
Esses atributos físico-químicos são consequência direta da estrutura do grafeno composta por átomos de
carbonos com hibridização do tipo sp2 que integram um sistema de elétrons π-conjugado. Apesar de o
cenário ser promissor, o grafeno sem funcionalização é apolar e quimicamente inerte, sendo que essas
duas características atrapalham sua aplicação. Visando melhorar a reatividade do substrato, algumas das
funcionalizações mais comuns são: adição de funções oxigenadas no plano basal, dopagem do sistema π
conjugado com átomos de tamanho semelhante ao carbono e adsorção de metais na superfície. Nesse
último caso, é necessária uma compreensão, em nível atômico, da interação do grafeno com metais para
explorar todo o seu potencial. Considerando essa situação, este trabalho propõe um estudo detalhado das
propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas da adsorção de metais alcalinos em uma e duas folhas
de grafeno por meio da teoria do funcional densidade (DFT). Inicialmente, foram analisados os diferentes
funcionais e a importância da utilização de correções de dispersão. Em um segundo momento, uma análise
da adsorção de metais alcalinos foi realizada para se obter o melhor sítio de adsorção do lítio e a influência
que a variação de spin provoca nas propriedades. Foi observado que o sítio de adsorção hollow foi o
preferencial e que a modificação de spin gerou mudanças nas propriedades eletrônicas de todas as
estruturas estudadas, sendo um aspecto fundamental a ser considerado no estudo de adsorção de metais
alcalinos no grafeno.
Resumo Ingles
Nowadays, graphene is considered a scaffold material in the most varied research areas, due to its
extraordinary physical and chemical properties, such as high charge mobility and surface area. These
physicochemical attributes are a direct consequence of the graphene structure, which is an allotropic form of
carbon, formed only by carbon atoms with sp2 hybridization. It integrates a system of conjugated π electrons
and the electronic properties of a semiconductor with zero gap between the conduction and valence bands,
which is a direct result of its crystalline network. Despite the promising scenario, pristine graphene is a
nonpolar and chemically inert material, so that these two features avoid its application. Aiming to improve the
reactivity of the substrate, some of the most common functionalization methods are the addition of
oxygenated functions at the basal plane, doping of the π conjugated system with atoms similar in size to
carbon, and adsorption of metals onto the surface. To explore its full potential an atomic-level understanding
of its interaction with alkali metals, this work proposes a detailed study based on the density functional theory
(DFT), of the structural, electronic, and energetic properties of graphene, with one or two layers, and the
adsorption of alkali metals onto the surface. The obtained results demonstrate that the description of the
intrinsic characteristics of graphene, in both systems considered, we performed satisfactorily by
computational chemistry methods. Also, it was emphasized the importance and influence of the use of
corrections and functionals, to better describe the dispersive interaction of the van der Waals type, present in
these systems. In a second moment, an analysis of alkali metal adsorption was performed to obtain the best
adsorption site for lithium and if the spin variation causes changes in the properties. It was observed that the
most preferential adsorption site wast he hollow and that the modification of spin generated changes in the
electronic properties of all the structured studied, being a fundamental aspect to be considered on the study
of the adsorption of alkaline metals on graphene.
Unidade academica
Instituto de Química (IQ)
Programa de Pos-Graduacao
Programa de Pós-Graduação em Química
Agencia financiadora
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Idioma
por
Tipo de documento
Dissertação
Formato
application/pdf
Direitos de acesso
Acesso Aberto
Termo de licenca
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Palavras-chave
Grafeno||Teoria do funcional da densidade (DFT)||Adsorção||Metais alcalinos||Spin
