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dc.creatorFelix, João Paulo Cerqueira
dc.date.accessioned2025-12-09T22:19:54Z
dc.date.available2025-12-09
dc.date.available2025-12-09T22:19:54Z
dc.date.issued2024-02-23
dc.identifier.citationFELIX, 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.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/18942
dc.description.abstractTransition 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.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectSubnanoclusters metálicospt_BR
dc.subjectMetais de transiçãopt_BR
dc.subjectTeoria do Funcional da Densidadept_BR
dc.subjectAdsorção molecularpt_BR
dc.subjectNanocatálisept_BR
dc.subjectNanofolhas de grafenopt_BR
dc.subjectMetallic subnanoclusterspt_BR
dc.subjectTransition metalspt_BR
dc.subjectDensity Functional Theorypt_BR
dc.subjectMolecular adsorptionpt_BR
dc.subjectNanocatalysispt_BR
dc.subjectGraphene nanosheetspt_BR
dc.titleAdsorção molecular em subnanoclusters de metais de transição: um estudo via Teoria do Funcional da Densidadept_BR
dc.title.alternativeMolecular adsorption in transition metal subnanoclusters: a Density Functional Theory studypt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-7064-9660pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7143903441816656pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3477-4437pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1132803048214294pt_BR
dc.description.resumoSubnanoclusters 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.programPrograma de Pós-Graduação em Físicapt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.rights.licenseCC BY-NC-SApt_BR
dc.contributor.advisor1Piotrowski, Maurício Jeomar
dc.subject.cnpq1FISICApt_BR


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