Estudo da interação de clusters de Rh com nanoestruturas de carbono via Teoria do Funcional da Densidade
Abstract
O presente trabalho consiste no estudo da interação de clusters de Rh de 2 a 15 átomos com
nanoestruturas de carbono (nanotubos de carbono e grafeno) através de cálculos de primeiros
princípios, usando a Teoria do Funcional da Densidade. De maneira geral, a grande vantagem
da combinação de nanotubos de carbono (NTCs) e clusters de metais de transição (MTs) está
associada ao aumento da reatividade química dos NTCs graças à funcionalização com os clusters
de MTs (NTCs em estado natural possuem baixa reatividade). Por outro lado, clusters de MTs
são altamente reativos, no entanto, precisam de um suporte, já que são gerados em fase gasosa.
Nesse sentido, nosso trabalho visa aspectos importantes relacionados a questão da ancoragem
dos clusters sobre as nanoestruturas de carbono, ou seja, como se dá a interação dos clusters
devido a mudança na curvatura das estruturas de carbono. A variação de curvatura se deu
através da escolha de três estruturas de carbono, um NTC de diâmetro pequeno (NTC (6,0)),
diâmetro médio (NTC (12,0)) e a folha de grafeno (diâmetro infinito). Inicialmente, realizamos
um estudo sobre o bulk de Rh, a fim de verificar se a metodologia desse trabalho possui boa
concordância com a literatura. Focamos, também, no entendimento dos principais parâmetros
de cálculo, com a realização de testes de convergência. Posteriormente, realizamos o estudo dos
clusters de Rh de 2 a 15 átomos em fase gasosa e das nanoestruturas de carbono em sua forma
pura e, finalmente, obtido o entendimento desses sistemas isolados, passamos para a etapa de
adsorção de clusters de Rh sobre os suportes, a fim de buscar o entendimento a nível atomístico
da adsorção de clusters de Rh sobre NTCs. Obtivemos para os clusters de Rh as estruturas
de mais baixa energia, as quais seguem um padrão estrutural de crescimento aberto (com a
formação de cubos). Através da análise de propriedades energéticas, estruturais, eletrônicas e
de reatividade dos clusters e das nanoestruturas de carbono, verificamos excelente acordo com
a literatura e grande viabilidade de combinação dos clusters com as nanoestruturas de carbono.
Encontramos uma relação direta entre a curvatura do substrato e a ancoragem dos clusters, ou
seja, constatamos um aumento (em módulo) na energia de adsorção dos clusters com o aumento
da curvatura das estruturas de carbono. Além disso, a maior estabilidade de clusters abertos
em relação aos fechados em fase gasosa, sofreu uma inversão quando o ambiente químico foi
alterado, ou seja, quando os clusters são depositados nas nanoestruturas de carbono. Tanto o
cluster quanto o suporte não sofrem grandes distorções estruturais após a adsorção. De maneira
contrária, o momento magnético total sofreu alterações após a adsorção dos clusters, o que além
de ser um indicativo da adsorção dos clusters, também torna esses sistemas promissores para
aplicações como sensores nanométricos.