Estudo teórico de materiais à base de grafeno modificado para aplicações em eletrocatálise

• Autor(a) principal: Souza, Maicon Douglas de Oliveira
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/194088
• topic: DFT; Grafeno; Óxido de grafeno; Estrutura eletrônica

Os materiais de carbono são frequentemente usados como suporte para nanopartículas de metal em aplicações eletrocatalíticas e de células de combustível devido à sua alta condutividade elétrica e estabilidade química . As características do carbono possibilitam compor sistemas de células combustíveis sendo parte da estrutura da célula, como eletrocatalisador ou suporte eletrocatalisador. A cinética lenta de redução eletrocatalítica do gás oxigênio em um ambiente ácido é um grande obstáculo, o qual precisa ser ultrapassado para o desenvolvimento de células combustíveis de baixo custo para várias aplicações de energia limpa. Atualmente, o crescente esforço para o projeto e síntese de eletrocatalisadores tem como base o trabalho computacional e o estudo de modelos de sistemas de cristais únicos estendidos de ligas de platina. Assim, a presente dissertação objetiva propor um estudo de caracterização teórica de sistemas compostos por nanopartículas suportados em matérias baseado em grafeno para compreender, funcionalizar e controlar o transporte de carga nas reações de redução de nitrogênio e oxigênio. O estudo é feito utilizando, primeiramente, métodos teóricos quânticos com o pacote de simulação SIESTA, com tratamento baseado na Teoria do Funcional da Densidade, para a descrição estrutural e eletrônica do sistema, quanto à geometria, energia e densidade de estados eletrônica. Estrategicamente, as estruturas de suporte foram otimizadas separadamente, grafeno e grafeno modificado, sendo posteriormente essas coordenadas fixadas e o relaxamento da estrutura ocorre somente para a nanopartícula suportada. As nanopartículas metálicas foram investigadas para duas composições, platina e rutênio, com 14 átomos e 30 átomos. Os resultados mostram um vínculo do suporte para com a geometria da nanopartícula, assim alterando diretamente a densidade de estados eletrônica, o suporte GO/CF aumenta efeito de espalhamento para platina e crescimento vertical para o rutênio, o suporte GO/F não causa tão intensamente esses efeitos, sendo as NP (14) mais sensíveis a mudança de suporte. Os estudos com moléculas de nitrogênio e oxigênio em suportes de grafeno indicam uma influência do tamanho da NP na labilização da ligação N-N e O-O e na sua orientação de interação com o metal