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Título: Viabilidade termodinâmica da modificação do Band Gap de folhas de grafeno por intermédio de cátions alcalinos : uma abordagem minimalista baseada em propriedades rovibracionais
Autor(es): Vasconcelos, Ueslei Meira
Orientador(es): Oliveira, Heibbe Cristhian Benedito de
Assunto: Energia potêncial
Grafeno
Constantes espectroscópicas
Energias rovibracionais
Data de publicação: 18-Dez-2018
Referência: VASCONCELOS, Ueslei Meira. Viabilidade termodinâmica da modificação do band gap de folhas de grafeno por intermédio de cátions alcalinos: uma abordagem minimalista baseada em propriedades rovibracionais. 2018. xiii , 112 f., il. Dissertação (Mestrado em Química)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Resumo: Nanoestruturas de carbono possuem uma grande versatilidade de arranjos atômicos, ou seja, uma fonte abundante de alótropos, os quais fomentam inúmeras pesquisas sobre sua aplicação em nanociência e nanotecnologia, tanto no campo acadêmico quanto no industrial. No presente trabalho, desenvolveu-se um estudo teórico, baseado em cálculos DFT (utilizando o funcional de troca-correlação BLYP) e soluções da equação de Schrödinger nuclear utilizando o método Representação da Variável Discreta, para investigar as propriedades termodinâmicas dos complexos [í𝑜𝑛@𝑔𝑟𝑎𝑓𝑒𝑛𝑜] formados a partir da interação de íons monovalentes alcalinos (𝐿𝑖+ e 𝑁𝑎+) com uma estrutura bidimensional de grafeno (folha de grafeno). A obtenção das curvas de energia de ligação (CEP), a partir de pontos ab initio possibilitou, para ambos os sistemas interagentes, a determinação das energias rovibracionais e das constantes espectroscópicas, bem como a variação da energia livre de Gibbs e a população relativa dos estados rovibracionais. O complexo [𝐿𝑖@𝑔𝑟𝑎𝑓𝑒𝑛𝑜]+ apresenta uma energia de complexação maior do que para o sistema [𝑁𝑎@𝑔𝑟𝑎𝑓𝑒𝑛𝑜]+, o que refletiu na natureza exotérmica e espontânea da complexação do grafeno com cátions alcalinos em toda a faixa de temperatura estudada neste trabalho. Este trabalho demonstra a viabilidade termodinâmica para a utilização de íons de metais alcalinos como agentes moduladores do band gap em materiais baseados em grafeno para aplicações tecnológicas, em especial, semicondutores orgânicos.
Abstract: Carbon nanostructures possess wide versatility when it comes to its atomic arrangements, i.e., it exhibits various allotropic states, whose properties foster researches on its applicability in nanoscience and nanotechnology in academic and in industrial realms. In this work, we carried out a theoretical study based on DFT calculation (by means of the exchange-correlation functional BLYP) and the solutions of the nuclear Schrödinger equation using the Discrete Variable Representation method, to investigate the thermodynamic properties [𝑖𝑜𝑛@𝑔𝑟𝑎𝑝ℎ𝑒𝑛𝑒] complexes resulting from the interaction of alkaline metal ions (𝐿𝑖+and 𝑁𝑎+) with a two-dimensional structure of graphene (graphene sheet). The potential energy curve (PEC) calculation for the complexes, from ab initio backgrounds, made it possible, for both interacting systems, the determination of rovibrational energies and spectroscopic constants, as well as the Gibbs free energy change and the relative population of rovibrational levels. The complex [𝐿𝑖@𝑔𝑟𝑎𝑓𝑒𝑛𝑜]+ shows a significant larger complexation energy than [𝑁𝑎@𝑔𝑟𝑎𝑓𝑒𝑛𝑜]+ system, which was reflected on the exothermic and spontaneous nature of graphene sheet complexation with alkaline cations for the whole temperature range considered here in. This work highlights the thermodynamic feasibility for alkaline metal cations to be employed as tuning agents of band gaps in graphene-derived material saiming technological applications, with special attention to organic semiconductors.
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2018.
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