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Graphenylene nanoflakes: a promising platform for toxic gas detection

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ACS Publications

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Artigo

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Resumo

Gas monitoring, especially for toxic gases, is essential for various applications, including environmental pollution detection, industrial process control, and safety systems. In this regard, two-dimensional (2D) materials have attracted significant interest due to their unique electronic and structural properties, which can be tailored to enhance interactions with the target molecules. In this context, graphenylene nanoflakes, a porous 2D material, emerge as promising candidates due to their unique hexagonal network structure and tunable electronic properties. In this study, we use a Density Functional Theory based method to investigate theoretically the adsorption of various analytes, including some toxic gases, on graphenylene nanoflakes functionalized with transition metals (TMs). Our goal is to evaluate the adsorption capabilities of these graphenylene-based systems and how this adsorption affects the optical absorption spectrum, enabling the material to function as a gas sensor. Our results indicate that the adsorption energies of the selected analytes are significantly higher than those observed in TM-doped graphene flakes, suggesting stronger interactions. Furthermore, in certain cases, the adsorptions led to noticeable changes in the optical absorption spectra, paving the way for gas detection based on such effect. These findings can contribute to the development of new graphenylene-based sensing platforms with enhanced sensitivity and selectivity.

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Inglês

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Tipo de item:Publicação, Tese de doutoradoAcesso aberto Acesso aberto
Propriedades eletrônicas, ópticas e de transporte em nanoestruturas de grafenileno: uma abordagem DFTB
(Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2026-07-16)
Batista, Gabriel Henrique
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Santos, Ricardo Paupitz Barbosa dos
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Santos, Ricardo Paupitz Barbosa dos
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Galvão, Douglas Soares
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Fonseca, Alexandre Fontes da
A contínua miniaturização de dispositivos eletrônicos tem impulsionado a busca por materiais capazes de operar em escalas nanométricas, nas quais efeitos quânticos desempenham papel fundamental. Nesse contexto, materiais bidimensionais vêm atraindo grande interesse devido às suas propriedades eletrônicas ajustáveis e ao potencial para aplicações em nanoeletrônica, optoeletrônica e sensoriamento. Entre eles, o grafenileno destaca-se por combinar caráter semicondutor intrínseco, estrutura porosa e elevada versatilidade química. Esta tese investiga as propriedades eletrônicas, ópticas e de transporte de nanoestruturas baseadas em grafenileno por meio de simulações atomísticas fundamentadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), na aproximação Density Functional Tight-Binding (DFTB) e em suas extensões para estados excitados e transporte quântico. O estudo abrange nanoflocos finitos com diferentes geometrias e tipos de borda, sistemas funcionalizados com metais de transição e moléculas adsorvidas, bem como nanodispositivos operando em regimes de transporte coerente. Os resultados mostram que a geometria, a funcionalização química e a arquitetura dos dispositivos exercem forte influência sobre as propriedades físicas do grafenileno, permitindo modular sua resposta eletrônica, óptica e de transporte. Em particular, observam-se assinaturas espectroscópicas sensíveis à adsorção molecular e mecanismos de controle de corrente promissores para aplicações em dispositivos nanoeletrônicos. Em conjunto, os resultados demonstram o potencial do grafenileno como uma plataforma versátil para aplicações futuras em nanoeletrônica, optoeletrônica e sensoriamento molecular.

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Tipo de item:Unidade,
Rio Claro, Instituto de Geociências e Ciências Exatas - IGCE
IGCE
Campus: Rio Claro

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