Publicação: Dinâmica de nanoestruturas e simulação de encapsulamento de pequenas moléculas em fulerenos porosos
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Data
Autores
Orientador
Santos, Ricardo Paupitz Barbosa dos 
Coorientador
Pós-graduação
Física - IGCE
Curso de graduação
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Os fulerenos são nanoestruturas bem conhecidas, com formato esférico e formadas apenas por átomos de carbono. Desde sua síntese realizada pela primeira vez em 1985 por Kroto et al., vaporizando a laser um bloco de grafite em gás hélio, os fulerenos têm chamado a atenção por suas interessantes características físicas. A mais chamativa destas características é seu interior oco, que motivou pesquisas acerca do encapsulamento de espécies, principalmente metálicas, nessas gaiolas de carbono. Durante esses estudos, foi descoberto que a transferência de carga das espécies metálicas para a estrutura de carbono confere propriedades estruturais e eletrônicas únicas a esses materiais. As aplicações destes tipos de sistemas endoédricos são vastas e estudadas até hoje. Além disso, em busca de avanços na área de novos materiais, estruturas que são baseadas nas estruturas bem conhecidas do carbono, como o grafeno, nanotubos de carbono e os fulerenos, têm surgido estruturas com novas propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas interessantes. Um exemplo são as folhas bidimensionais de grafenileno (BPC) e grafeno poroso (PG), que possuem propriedade diferentes de seu análogo grafeno. Um trabalho recente explorou fulerenos porosos, baseados em unidades de BPC e PG, modificando as ligações carbono-carbono de fulerenos convencionais como C20 e C60. A principal vantagem desses fulerenos porosos é a sua alta porosidade e seu tamanho relativamente maior que os fulerenos convencionais encontrados na literatura; essas diferentes características podem acarretar em propriedades intrínsecas bem diferentes. Em nosso trabalho investigamos as propriedades desses materiais, principalmente a partir do encapsulamento de moléculas como H2, H2O e CO2, utilizando simulações computacionais a partir de métodos quânticos. A abordagem DFTB (Tight Binding DFT) foi adotada devido à sua eficiência computacional em relação à DFT convencional, especialmente em cálculos envolvendo grandes sistemas ou dinâmica molecular.
Resumo (inglês)
Fullerenes are well-known nanostructures with a spherical shape, composed solely of carbon atoms. Since their synthesis first conducted in 1985 by Kroto et al., using laser vaporization of a block of graphite in helium gas, fullerenes have attracted attention due to their intriguing physical characteristics. One of the most remarkable features is their hollow interior, which spurred research into encapsulating species, especially metallic ones, within these carbon cages. It was discovered that charge transfer from metallic species to the carbon structure imparts unique structural and electronic properties to these materials. Their applications are vast and continue to be studied to this day. In the pursuit of advancements in new materials, structures based on well-established carbon forms such as graphene, carbon nanotubes, and fullerenes have emerged, offering novel structural, electronic, and magnetic properties. Examples include two-dimensional sheets like graphenylene (BPC) and porous graphene (PG), each exhibiting distinct properties from their graphene counterparts. Recent studies have explored porous fullerenes based on BPC and PG units, modifying the carbon-carbon bonds of conventional fullerenes such as C20 and C60. The primary advantage of these porous fullerenes lies in their high porosity and relatively larger size compared to conventional fullerenes documented in the literature, potentially resulting in markedly different intrinsic properties. Our research focuses on investigating the properties of these materials, particularly through the encapsulation of molecules such as H2, H2O and CO2, using computational simulations employing quantum methods. We adopted the DFTB (Density Functional Tight Binding) approach due to its computational efficiency, especially in calculations involving large systems or molecular dynamics, compared to conventional DFT methods.
Descrição
Palavras-chave
Física, Materiais nanoestruturados, Fulerenos, Simulação (Computadores), DFTB, Dinâmica molecular, Endofulerenos, Fulerenos Porosos, Molecular dynamics, Endohedral fullerenes, Fullerenes, Porous fullerenes
Idioma
Português
