Propriedades eletrônicas e estruturais de nanoestruturas de dióxido de titânio por primeiros princípios

• Autor(a) principal: Andre Alves Lino
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AR6FA6
• topic: Física; Estrutura Eletrônica; Nanoestrutura; Nanotubos

Nesta tese, aplicamos cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT - Density Functional Theory) para estudar propriedades eletrônicas e estruturais de nanoestruturas de TiO2. Consideramos dois problemas principais: A caracterização dos estados de borda em nanofitas e a descrição da estrutura eletrônica do estado fundamental de nanosuperfícies de TiO2 interagindo com nanoestruturas de carbono. Para o primeiro problema, mostramos que os estados de borda são encontrados como estados de gap ou definindo o fundo da faixa de condução. Mostramos também que, através da dopagem com elétrons, um processo que é facilitado pela alta função trabalho do material, uma fenomenologia de meia-metalicidade aparece, com a condução de uma única componente de spin ao longo das bordas. Explicamos a estabilidade dos estados de borda carregados em termos de um modelo U-negativo. Para o segundo problema, investigamos a interação de nanosuperfícies de TiO2 com nanomateriais de carbono (nanotubos e grafeno). Em uma primeira abordagem, usamos o formalismo DFT com o funcional de troca e correlação parametrizado dentro da aproximação do gradiente generalizado. Como resultado, encontramos que a simples deposição dessas nanoestruturas, uma sobre a outra, leva a uma transferência de carga entre os subsistemas. Em uma segunda abordagem, usamos o método DFT+U, o qual fornece uma descrição melhor da interação entre os elétrons mais localizados pertencentes aos átomos de titânio. Aplicada aos materiais híbridos de TiO2 e carbono, a abordagem DFT + U mostrou que tais sistemas podem aumentar a eficiência dos processos de fotocatálise do TiO2, pois a descrição do estado fundamental é consistente com a ideia de separação espacial do par elétron-buraco.