Estudo computacional do indicador teórico de nanoclusters de metais de transição aplicados em processos de crescimento de nanotubos de carbono
Abstract
Em processos catalíticos, o conhecimento a respeito das propriedades que caracterizam
os elementos envolvidos e de grande importância para o entendimento das reações
químicas. Assim, tornam-se necessários indicadores que apontem componentes adequados ao papel de catalisador em processos como, por exemplo, o método de deposição química a vapor (CVD), que permite o crescimento de nanotubos de carbono (NTCs).
Neste trabalho, relatamos um estudo, com base na teoria do funcional da densidade, sobre
nanoclusters de metais de transição, de 13 átomos, interagindo com fragmentos de
nanotubos de carbono de quiralidades zigzag (5,0) e armchair (3,3). Foram consideradas
todas as espécies de metais de transição da tabela periódica como possíveis candidatos a
catalisadores para o método de deposição química a vapor. O nanocluster de configuração
icosaédrica foi o modelo escolhido para simular as sementes de nucleação dos fragmentos
curtos de nanotubos de carbono formados no in cio do processo de crescimento. As propriedades
energéticas e estruturais de todos os sistemas otimizados apresentaram forte dependência da ocupação dos estados d ligantes e anti-ligantes. Neste sentido, o centro de gravidade da banda d mostrou-se um bom indicador para os metais considerados melhores candidatos a interação com os fragmentos de NTCs, sendo estes Sc-Cu; Y-Nb; Pd, Lu, Hf e Pt. Em termos de estabilidade, a interação com o nanotubo e favorável a todos
os metais estudados, tendo-se apresentado como mais estáveis, os sistemas associados aos
nanotubos zigzag, fato que se confirma em razão da curta distância entre os átomos de
metal e carbono. As predições a respeito dos melhores candidatos a catálise são reforçadas
pela relação linear entre energia de adesão, fator que determina a estabilidade, e centro
de gravidade da banda d. Os valores de energia de adesão indicam que a intensidade da
interação entre nanoclusters e fragmentos de NTCs e reduzida em função da ocupação
dos estados d. Em consequência disto, os descritores analisados nesta dissertação podem
ser considerados promissores para a descrição do processo de catálise de crescimento de
NTCs em reações de CVD.