Propriedades químicas das fases T e B da nióbia: uma investigação in silico

• Autor(a) principal: Mirele Bastos Pinto
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-B45U2C
• topic: Nióbia; Teoria do Funcional da Densidade DFT; Isomerização; Fases Polimórficas; Superfícies; Adsorção; Niobio; Físico química; Isomerização; Polimorfismo; Adsorção; Funcionais de densidade

O pentóxido de nióbio, também conhecido como nióbia, apresenta diversas fases polimórficas, as quais dependem da temperatura, pressão, materiais de partida e técnica de obtenção. Este trabalho reporta o estudo por simulação computacional utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) das fases polimórficas T e B da nióbia, as quais são classificadas como fases de baixa e média temperatura, respectivamente. Foi realizado um estudo de bulk para as duas fases e neste estudo as características estruturais, eletrônicas, mecânicas e de ligações foram elucidadas por análises da estrutura de bandas, Densidade de Estados Projetados (PDOS), módulo de elasticidade, Análises Topológicas de Bader (QTAIM) e Função de Localização de Elétrons (ELF). A nióbia apresenta características interessantes no âmbito da catálise, pois além de apresentar sítios ácidos que conferem ao material elevada acidez, alguns dos sítios ácidos de Lewis não são desativados na presença de água. A fim de investigar a reatividade, escolhemos a fase B e realizamos um estudo de superfície, pois a literatura não reporta o plano de clivagem preferencial de nenhuma das fases polimórficas da nióbia. Esse estudo mostrou que o plano de clivagem (010)-2 é o que apresenta menor energia de formação e expõe átomos de nióbio e oxigênio. Na investigação da adsorção de água na superfície, a forma molecular é a mais favorável; contudo, é possível que as espécies H+ e OH- da adsorção dissociativa também estejam presente, pois os cálculos das energias de adsorção mostram que ela é apenas 4,5 kcal mol-1 menos estável que a adsorção molecular. Além disso, devido ao potencial de oxidação dos compostos de nióbio, também foi investigada a adsorção do peróxido de hidrogênio na superfície (010)-2. Os cálculos das energias de adsorção sugerem que a forma dissociativa e é encontrada em maior extensão na superfície (010)-2, porém a forma molecular H2O2 e dissociativa formando os íons e também podem estar presentes na superfície. Por fim, o mecanismo de isomerização da glicose em frutose na superfície (010)-2 da fase B foi estudado. Esse mecanismo é dividido em três etapas: abertura do anel, transferência do hidreto do átomo C2 para o C1 e fechamento do anel. Os diagramas de energias sugerem que a etapa de transferência do hidreto do C2 para o C1, conhecida como etapa determinante, é favorável na presença da superfície (010)-2.