Estudo da adsorção de álcoois sobre clusters e superfícies de metais de transição utilizando a Teoria do Funcional da Densidade

• Autor(a) principal: Bezerra, Raquel Costabile
• Data de Publicação: 2020
• Outros Autores: http://lattes.cnpq.br/9401905781632298, https://orcid.org/0000-0002-1528-4443
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM
• Texto Completo: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8040
• topic: Cluster (Sistema de computador); Adsorção de etilenoglicol; Química quântica; Introdução do dopante na platina; Quebra de moléculas alcoólicas; CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA; Clusters; Superfícies; Adsorção; Álcool; Química quântica; Simulação

Este trabalho foi motivado pela dificuldade na quebra de moléculas alcoólicas de pequenas cadeias carbônicas em células a combustível de álcool direto, sobre superfícies de catalisadores à base de platina. Apesar do número extensivo de pesquisas se basear na natureza do catalisador, a interação do álcool com o catalisador ainda não é totalmente compreendida em escala atômica. Assim, este trabalho apresenta uma investigação teórica com base na Teoria do Funcional da Densidade usando o funcional de troca e correlação PBE proposto por Perdew–Burke–Ernzerhoff, acrescentado a correção D3 proposta por Grimme para considerar as interações de van der Waals, a fim de obter um melhor entendimento do processo de adsorção do metanol, etanol e etilenoglicol sobre metais de transição (MT). Esta investigação envolveu duas abordagens: (i) o estudo da adsorção do metanol, etanol e etilenoglicol sobre clusters de MT15 e, (ii) o estudo da adsorção do etilenoglicol sobre superfícies baseada na Pt(100). Da primeira, observou-se que a molécula de álcool se aproxima do metal de transição, preferencialmente, por meio do átomo de oxigênio mantendo uma distância de 2 Å e com a ligação C – C inclinada em relação à posição dos átomos metálicos que interagem com a molécula. No caso do etilenoglicol, a adsorção ocorre tanto por um quanto pelos dois átomos de O e, neste último modo de adsorção, a ligação C – C fica quase paralela aos metais interagentes. A adsorção não afeta a estrutura dos clusters e na molécula a principal variação é o alongamento das ligações C – O e O – H em até cerca de 3 %. As variações nas cargas indicam transferência de carga da molécula para o cluster e do cluster para a molécula, para alguns casos etilenoglicol/cluster. Dependendo do metal de transição, a adsorção causa perturbação local ou estendida na densidade eletrônica. Do estudo da adsorção do etilenoglicol sobre Pt(100), observa-se a adsorção da molécula por um ou dois átomos de O, sendo que a interação com dois átomos de O é mais intensa, segundo as energias de interação. Na adsorção do etilenoglicol superfícies, houve um alongamento da ligação C1 – O1 (com O1 ligado ao metal) e um encurtamento da ligação C2 – O2 para a adsorção via um átomo de O e, para ambos os átomo de O adsorvidos, as duas ligações C – O sofrem extensão. Observou-se ainda uma grande variação nos diedrais OCCO devido às rotações das moléculas. A introdução do dopante (MT) na platina, mesmo não causando mudanças significativas nas propriedades de superfície limpa, alterou a intensidade da adsorção do etilenoglicol, principalmente quando o dopante ocupou um sítio (catiônico) na superfície. Mudança na carga efetiva da molécula indicou a transferência de carga da molécula para a superfície. Assim, o entendimento da forma e da intensidade com que ocorre a adsorção de álcoois ajuda a clarear a compreensão desse processo.