dc.creator | Palheta, João Marcos Tomaz | |
dc.date.accessioned | 2025-01-08T11:23:48Z | |
dc.date.available | 2025-01-07 | |
dc.date.available | 2025-01-08T11:23:48Z | |
dc.date.issued | 2023-02-17 | |
dc.identifier.citation | PALHETA, João Marcos Tomaz, Estudo de nanoclusters de metais de transição com 13 átomos baseados em Ti, Zr e Hf via Teoria do Funcional da Densidade. 2023, 102 p. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2023. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14782 | |
dc.description.abstract | In this master thesis, the theoretical study of bimetallic (transition metals - TM)
13-atom nanoclusters (NCs) in icosahedral geometry (ICO) was carried out via Density
Functional Theory (DFT). We focus on systems based on Ti, Zr, and Hf combined with
the 30 TMs of the Periodic Table (3d series: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and
Zn; 4d series: Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, and Cd; and 5d series: Lu, Hf, Ta,
W, Re, Os, Ir, Pt, Au, and Hg), forming the Ti12TM, Zr12TM, and Hf12TM systems.
We sought to understand the energetic, structural, electronic, and vibrational properties
of the systems in two configurations, i.e., a single atom was replaced in the internal or
external region of the ICO, forming the core-shell configurations (in, Ti12TMin, Zr12TMin,
and Hf12TMin) and the out configurations (Ti12TMout, Zr12TMout, and Hf12TMout). The
results were compared with the literature, in addition to the verification between bimetallic
and monometallic 13-atom systems in ICO structure, to obtain the effects caused by
the replacement of a MT. Firstly, the study of the vibrational, energetic, and structural
properties of the hetero- and homo-dimers was carried out, as a lower coordination limit
for the NCs. This result served to establish a relationship between the TM interactions,
with the aim of understanding the bonds strength through vibrational frequencies, binding
energies, and bond lengths. After that, we studied the bulk properties to establish a direct
comparison with the literature and, thus, confirm the methodology used, in addition to
comparing the energetic, structural, and electronic properties of crystalline systems, with
the objective of helping in the understanding of the bimetallic NCs formation. Finally,
the study of bimetallic NCs was performed, where we sought to understand the energy
stability of the studied systems, the energy gains and losses related to the MT interaction
and to the distortion suffered due to this mixture. We also sought to understand the
structural properties of the systems, such as effective coordination number and average
bond length for the in and out configurations, where the distortion results are analyzed.
Also, we present an estimate of the NC reactivity through the d-band model, calculated by
the center of gravity of the occupied d states, verifying that most of the NCs are reactive
according to this model. Finally, we propose an explanation for the preference of the in or
out structures formation through the total relative energy, cohesion energy (from bulks),
atomic radius, electronegativity, and formation of homo- and hetero-dimers, where we can
establish the atomic radius as the main property responsible for the MT position inside or
outside Ti, Zr, and Hf based NCs. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Nanoclusters | pt_BR |
dc.subject | DFT | pt_BR |
dc.subject | Metais de transição | pt_BR |
dc.subject | Configurações in e out | pt_BR |
dc.subject | Transition metals | pt_BR |
dc.subject | In and out configurations | pt_BR |
dc.title | Estudo de nanoclusters de metais de transição com 13 átomos baseados em Ti, Zr e Hf via Teoria do Funcional da Densidade | pt_BR |
dc.title.alternative | Study of transition metal 13-atom nanoclusters based on Ti, Zr, and Hf via Density Functional Theory | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7018469389762622 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-3477-4437 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/1132803048214294 | pt_BR |
dc.description.resumo | Nesta dissertação de mestrado realizou-se o estudo teórico de nanoclusters (NCs) bimetálicos em geometria icosaédrica (ICO) de metais de transição (MTs) com 13 átomos via Teoria do Funcional da Densidade (DFT). O estudo focou em sistemas baseados em Ti, Zr e Hf combinados com os 30 MTs da Tabela Periódica (séries 3d: Sc, Ti V, Cr, Mn Fe, Co, Ni, Cu e Zn; 4d: Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag e Cd; 5d: Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt Au e Hg), formando os sistemas Ti12MT, Zr12MT e Hf12MT. Buscou-se com este estudo o entendimento das propriedades energéticas, estruturais, eletrônicas e vibracionais dos sistemas em duas configurações, onde um único átomo foi substituído na parte interna ou externa do ICO, formando as configurações caro¸co-casca (core-shell, in), com o átomo de MT interno (formando as estruturas Ti12MTin, Zr12MTin e Hf12MTin) e as configurações out, com o átomo MT externo (formando as estruturas Ti12MTout, Zr12MTout e Hf12MTout). Os resultados foram comparados com a literatura, além da verificação entre os sistemas bimetálicos e os monometálicos de 13 átomos em estrutura ICO, para compararmos os efeitos causados pela substituição de um MT. Primeiramente, realizou-se o estudo das propriedades vibracionais, energéticas e estruturais dos hetero- e homo-dímeros, como um limite inferior com relação ao número de ligantes para os NCs. Esse resultado serviu para estabelecer uma relação entre as interações dos dois MTs, com o objetivo de compreender a intensidade das ligações através das frequências vibracionais, energia de ligação e o comprimento de ligação. Posterior a isso, estudamos as propriedades dos sistemas cristalinos (bulks) para estabelecer uma direta comparação com a literatura e, assim, confirmar a metodologia utilizada, além de compararmos as propriedades energéticas, estruturais e
eletrônica dos sistemas cristalinos, com o objetivo de auxiliar na compreensão da formação dos NCs bimetálicos. Realizou-se também o estudo dos NCs bimetálicos, onde buscou-se compreender a estabilidade energética dos sistemas, relacionada às interações dos MTs e à distorção sofrida devido a mistura. Buscou-se também o entendimento das propriedades estruturais dos sistemas através do número de coordenação efetivo e comprimento médio de ligação para as duas configurações (in e out). Também, apresentamos uma estimativa da reatividade dos NCs através do modelo da banda d, calculado pelo centro de gravidade dos estados d ocupados, verificando que a maioria dos NCs são reativos segundo este modelo. Por fim, propomos uma explicação para a preferência de formação das estruturas in e out através da energia relativa total, energia de coesão dos sistemas cristalinos (bulks), raio atômico, eletronegatividade e formação de homo- e hetero-dímeros, onde apontamos o
raio atômico como principal propriedade responsável pela posição dos MTs dentro ou fora dos NCs baseados em Ti, Zr e Hf. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Piotrowski, Maurício Jeomar | |
dc.subject.cnpq1 | FISICA | pt_BR |
dc.subject.cnpq2 | METALURGIA FISICA | pt_BR |