| dc.creator | Felix, João Paulo Cerqueira | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-09T22:19:54Z | |
| dc.date.available | 2025-12-09 | |
| dc.date.available | 2025-12-09T22:19:54Z | |
| dc.date.issued | 2024-02-23 | |
| dc.identifier.citation | FELIX, João Paulo Cerqueira. Adsorção molecular em subnanoclusters de metais de transição: um estudo via Teoria do Funcional da Densidade. 2024. 209 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/18942 | |
| dc.description.abstract | Transition Metal Subnanoclusters are extensively explored for their potential applications,
particularly in nanocatalysis. The reduced volume of the nanoparticle, contrasting with a
high number of atoms with low coordination exposed to the surface, results in properties
distinct from those observed at the crystalline scale. At the nanoscale, these systems tend
to be more reactive, facilitating the study of adsorption in molecular environments. In
this study, we employed Density Functional Theory to investigate molecular adsorption
in Transition Metal Subnanoclusters, describing their key properties and the primary
mechanisms of adsorption of molecular species in accordance with the Sabatier principle.
We conducted studies on the adsorption of CO, NO, N2, and O2 species on Ag, Au, and
Pt nanoclusters, ranging in size from 2 to 7 atoms. Using an energetic criterion (stability
function), the most stable sizes for Ag and Au systems were 4 and 6 atoms, while for Pt,
they were 3 and 6 atoms—all chosen for the adsorption of molecular species. Ag and Au
systems exhibit electronic behaviors similar to hydrogenoids, distinguishing them from Pt
systems, which predominantly show contributions from s and d orbitals in their electronic
properties. Therefore, we separated these systems into two studies. In the first study, we
investigated molecular adsorption in Ag and Au systems in the gas phase, describing the
main contributions in terms of interaction and adsorption to classify them as ideal catalysts.
The interaction energy, ∆Eint, proved to be an excellent classifier for describing our systems
as ideal catalysts. The condition where 0 (physisorption) < ∆Eint < Ebclu (chemisorption)
establishes the limits of interaction between the catalyst and reaction intermediates,
with a notable example being the physisorption of N2 on Ag6. Additionally, the energy
decomposition analysis revealed the contributions of physical nature to the interaction,
where closed-shell (open-shell) molecular systems predominantly exhibited electrostatic
(covalent) contributions. In the second study, we investigated the mechanisms of molecule
adsorption on Pt systems in the gas phase and supported on graphene, describing the
main contributions to characterizing these systems as ideal catalysts. Once again, ∆Eint
proved to be an excellent classifier for our systems as ideal catalysts, establishing the
limits of interaction between the catalyst and reaction intermediates. We highlighted
the chemisorption of O2 on Pt6, characterized by an oxidation process. Bader charge
analysis revealed the influence of sd and pd hybridizations, as well as the electronegativity
of molecular species, on the trend of charge density transfer, allowing us to evaluate
oxidative processes associated with molecular adsorption. Furthermore, in this study, we
investigated the stability of Pt nanosystems when supported on graphene nanosheets,
describing changes in their main properties and mechanisms of molecule adsorption. Pair
interactions between nanoclusters and molecules, as well as between nanoclusters and
graphene nanosheets, were characterized as the primary interactions compared to secondorder interactions, such as surface interactions with molecules, providing a qualitative
analysis and a quantitative estimation of the interaction in the system of adsorbed
molecules on supported subnanoclusters. With this study, we shed light on investigations
in nanocatalysis, enabling experimental studies on the main mechanisms of molecule
adsorption in subnanometric systems, such as metallic subnanoclusters. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | 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 | Subnanoclusters metálicos | pt_BR |
| dc.subject | Metais de transição | pt_BR |
| dc.subject | Teoria do Funcional da Densidade | pt_BR |
| dc.subject | Adsorção molecular | pt_BR |
| dc.subject | Nanocatálise | pt_BR |
| dc.subject | Nanofolhas de grafeno | pt_BR |
| dc.subject | Metallic subnanoclusters | pt_BR |
| dc.subject | Transition metals | pt_BR |
| dc.subject | Density Functional Theory | pt_BR |
| dc.subject | Molecular adsorption | pt_BR |
| dc.subject | Nanocatalysis | pt_BR |
| dc.subject | Graphene nanosheets | pt_BR |
| dc.title | Adsorção molecular em subnanoclusters de metais de transição: um estudo via Teoria do Funcional da Densidade | pt_BR |
| dc.title.alternative | Molecular adsorption in transition metal subnanoclusters: a Density Functional Theory study | pt_BR |
| dc.type | masterThesis | pt_BR |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-7064-9660 | pt_BR |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7143903441816656 | 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 | Subnanoclusters de Metais de Transição são largamente explorados devido as suas potenciais aplicações, onde destacam-se as aplicações em nanocatálise. O reduzido volume da
nanopartícula, em contraste ao alto número de átomos com baixa coordenação expostos
superficialmente ao meio, faz com que esses sistemas apresentem propriedades distintas
das observadas em escala cristalina. Na nanoescala, esses sistemas tendem a ser mais
reativos, o que favorece o estudo da adsorção em ambientes moleculares. Nesse sentido,
realizamos um estudo, via Teoria do Funcional da Densidade, da adsorção molecular em
subnanoclusters de Metais de Transição, descrevendo as suas principais propriedades e
os principais mecanismos da adsorção de espécies moleculares de acordo com o princípio
de Sabatier. Realizamos estudos sobre a adsorção de espécies de CO, NO, N2 e O2 em
nanoclusters de Ag, Au e Pt, com tamanhos de 2 a 7 átomos. Através de um critério
energético (função estabilidade), os tamanhos mais estáveis dos sistemas de Ag e Au
foram os de 4 e 6 átomos, enquanto para a Pt foram os de 3 e 6 átomos, sendo todos eles
escolhidos para a adsorção das espécies moleculares. Os sistemas de Ag e Au possuem
comportamentos eletrônicos similares a hidrogenóides, se distinguindo dos sistemas de Pt,
que apresentam contribuições dos orbitais s e d (majoritariamente) em suas propriedades eletrônicas. Portanto, separamos esses sistemas em dois estudos onde, no primeiro,
investigamos a adsorção molecular em sistemas de Ag e Au em fase gasosa, descrevendo
as principais contribuições nos termos de interação e adsorção, a fim de classificá-los
como catalisadores ideais. A energia de interação, ∆Eint se mostrou um excelente critério
classificador para a descrição dos nossos sistemas como catalisadores ideais. A condição
onde 0 (fisissorção) < ∆Eint < Ebclu (quimissorção) estabelece os limites da interação entre
o catalisador e os intermediários da reação, onde destaca-se a fisissorção de N2 em Ag6.
Além disso, a análise de decomposição de energia revelou as contribuições de natureza física
na interação, onde sistemas moleculares de camada fechada (aberta) apresentaram contribuições majoritariamente eletrostáticas (covalentes). No segundo estudo, investigamos
os mecanismos da adsorção de moléculas em sistemas de Pt em fase gasosa e suportados
em grafeno, descrevendo as principais contribuições na caracterização desses sistemas
como catalisadores ideais. Novamente, ∆Eint se mostrou um excelente critério classificador
para os nossos sistemas como catalisadores ideais, estabelecendo os limites da interação
entre o catalisador e os intermediários da reação, onde destacamos a quimissorção de
O2 em Pt6, caracterizada por um processo de oxidação. A análise de cargas de Bader
revelou a influência das hibridizações sd e pd, bem como da eletronegatividade das espécies
moleculares, na tendência à transferência de densidade de cargas, nos permitindo avaliar
processos oxidativos associados à adsorção molecular. Ainda, nesse estudo, investigamos
a estabilidade dos nanossistemas de Pt quando suportados em nanofolhas de grafeno,
descrevendo as alterações nas suas principais propriedades e mecanismos de adsorção
de moléculas. As interações de pares entre os nanoclusters e as moléculas, bem como
entre os nanoclusters e a nanofolha de grafeno, foram caracterizadas como as principais
interações frente à segundas interações, como as interações das superfícies com as moléculas, fornecendo uma análise qualitativa e uma estimativa quantitativa da interação
no sistema de moléculas adsorvidas em subnanoclusters suportados. Com esse estudo,
lançamos luz a investigações em nanocatálise, viabilizando estudos experimentais acerca
dos principais mecanismos da adsorção de moléculas em sistemas subnanométricos, como
os subnanoclusters metálicos. | 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 |