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Jadson Cláudio Belchiorhttp://lattes.cnpq.br/1418058352934773Joao Pedro BragaWillian Ricardo RochaGuilherme Ferreira de Limahttp://lattes.cnpq.br/2734535791497011Umar Lucio Esper Mucelli Rezende2019-10-21T18:25:39Z2019-10-21T18:25:39Z2019-07-26http://hdl.handle.net/1843/30585Clusters são agregados de partículas que podem abranger propriedades bem diferentes dependendo de seu tamanho, podendo se assemelhar a átomos ou moléculas individuais até propriedades observadas no limite do bulk do material. Devido a essa diferenciação de propriedades, clusters podem ser considerados como uma nova classe de materiais atraindo amplo interesse dentro do meio científico. A hipersuperficie de clusters de titânio, menores que 10 átomos, foi explorada utilizando um algoritmo acoplado ao pacote de química computacional quântica GAMESS-US para determinação das energias dos diversos sitemas formados. O método ab initio DFT foi usado considerando o funcional de troca-correlação B3LYP enquanto que as funções de base foram testadas. A intenção desta abordagem é promover a geração de estruturas iniciais livres das tendencias estruturais que vêm acompanhadas do uso de uma expressão de energia potencial empírica. Os mínimos obtidos com esta abordagem serão refinados, ainda utilizando a metodologia DFT, no pacote ORCA, porém com conjunto de funções de base DEF2-TZVP capazes de obter resultados com maior precisão. A validade da escolha do funcional e da base foram propostas com base em dados de referencia experimentais obtidos para o dímero de titânio. Foi encontrado que as estruturas dos clusters apresentam quase sempre uma forma distorcida e com multiplicidade de spin elevada. Uma análise da densidade eletrônica ponderada pelo número de ocupação fracionária (fractional occupation number weighted electron density - FOD) foi feita nestes clusters com objetivo avaliar a correlação eletrônica do sistema e foi encontrado que esses não possuem caráter multi-configuracional, validando a metodologia utilizada. Devido a elevada demanda computacional os clusters de 3 e 4 átomos foram escolhidos para um estudo de encapsulamento por nanotubos de carbono para observar as alterações das propriedades do nanotubo de carbono. O cluster Ti3 encapsulado em um nanotubo armchair (5,5)(comprimento e diâmetro, 15 Å e 7 Å, respectivamente) produziu apenas uma interação eletrostática com o nanotubo sem grandes alterações estruturais ou eletrônicas, por outro lado, o Ti4 aumentou o caráter metálico do nanotubo, observado pela redução de 0,38 eV no gap HOMO-LUMO para o composto de inclusão Ti4@NTC, assim como alterações na estrutura grafítica do nanotubo, observado pela redução da intensidade na banda D no espectro Raman do composto de inclusão em relação ao nanotubo puro, indicando de forma preliminar que o encapsulamento de clusters de titânio podem gerar novos materiais, por exemplo, com propriedades eletroquímicas mais eficientes.Clusters are particle aggregates that may span very different properties depending on their size. They may resemble properties of individual atoms or molecules, to properties observed at the bulk material. Due to this distinction in properties, clusters can be considered a new class of materials attracting wide interest within the scientific community. The hypersurface of titanium clusters, smaller than 10 atoms, was explored using an genetic algorithm coupled with GAMESS-US computational quantum chemistry package to make DFT-level energy evaluation with B3LYP exchange-correlation functional. This approach was used with the intention to generate initial structures unbiased, as opposed of using empirical potentials. The global minima obtained with this approach was refined, still at DFT-level, with ORCA but with DEF2-TZVP basis set as they provide more accurate results. The functional and basis set was validated using experimental reference data for Ti dimer. It has been found that the global minima cluster structures almost always exhibit a distorted shaped and high spin multiplicity. A fractional occupation number weighted electron density (FOD) analysis was performed in these clusters with the objective to evaluate the electronic correlation of the system, proving that it has strong static correlation further validating our methodology. Due to high computational cost, we choose only Ti3 and Ti4 to study how they would interact and affect carbon nanotubes structure and properties after being encapsulated. The Ti 3 cluster incapsulated in the carbon nanutube armchair (5,5)(with 15 and 7 Å of length and diameter respectively) did only an electrostatic interaction with the nanotube without promoting major structural or electronic changes, on the other hand, Ti4 increased the metallic character of the nanotube, observed by the reduction of 0.38 eV in the HOMO-LUMO gap for the inclusion compound Ti4NTC, as well as changes in the graphitic structure of the nanotube, by the reduction of D-band intensity in the Raman spectrum of the compound Ti4@NTC relative to the pure nanotube. Preliminary studies indicates that the encapsulation of titanium clusters can generate new materials, for example with more efficient electrochemical properties.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFMGBrasilICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICAFísico-químicaNanotubos de carbonoNanotecnologiaAlgoritimo genéticoFuncionais de densidadeTitânioNanotubos de carbonoClusters metálicosTeoria do funcional de densidade - DFTAlgoritmo genéticoweighted electron density - FODTitaniumCarbon NanotubesMetallic clustersGenetic algorithmDensity functional theory - DFTExplorando a estrutura de nanoclusters de titânio (até 10 átomos) e os encapsulamentos em nanotubos de carbonoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALDissertação Umar Final Definitiva.pdfDissertação Umar Final Definitiva.pdfapplication/pdf34243037https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/30585/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Umar%20Final%20Definitiva.pdf57f4c6df5ea6d745895ef3d0bf29a107MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82119https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/30585/2/license.txt34badce4be7e31e3adb4575ae96af679MD52TEXTDissertação Umar Final Definitiva.pdf.txtDissertação Umar Final Definitiva.pdf.txtExtracted texttext/plain182723https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/30585/3/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Umar%20Final%20Definitiva.pdf.txtb4fca02f1302625d4519c86c1632759cMD531843/305852019-11-14 12:38:19.28oai:repositorio.ufmg.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T15:38:19Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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