Cálculos de estrutura eletrônica aplicados ao estudo de sensores químicos baseados em polímeros: derivados de politiofeno

Abstract

Polymeric materials are promising candidates for the manufacture of chemical sensors mainly due to their high versatility of synthesis and low relative cost. In this context, polythiophene derivatives have been considered quite interesting materials. In order to better understand the sensory properties of these materials and propose derivatives with improved features, in the present work electronic structure calculations were carried out to evaluate local reactivities and adsorption processes of gaseous molecules on the structure of polythiophene modified derivatives. The reactivity data were evaluated via Condensed-to-atoms Fukui Indexes by two distinct approaches. From these results, adsorption studies were conducted in two steps. The influence of the chemical species was evaluated and discussed in terms of structural features, energy levels distributions, changes on the optical absorptions, and binding energies. The obtained results indicate the derivative P3HT-Cl as the most promising material for application in the active layer of chemical sensors. In addition, the results also indicate that the presence of reactive side groups can guide and intensify the interaction of the polymers with analytes and avoid their chemical degradation

Materiais poliméricos orgânicos têm se mostrado materiais promissores na confecção de sensores químicos, principalmente devido a sua alta versatilidade de síntese e baixo custo relativo. Neste contexto, derivados de politiofeno tem alcançado grande destaque. Visando melhor compreender as características sensoriais destes materiais e propor possíveis derivados com propriedades melhoradas, no presente trabalho são empregados cálculos de estrutura eletrônica para avaliar características de reatividade e processos de adsorção de diferentes compostos gasosos sobre a superfície de derivados poliméricos modificados de politiofeno. Dados de reatividade local foram avaliados por meio de Índices de Fukui Condensados aos Átomos (IFCA) obtidos por meio de duas distintas abordagens, as quais foram comparadas para um dado derivado. A partir destes resultados estudos de adsorção foram realizados em duas etapas. A influência das espécies químicas foi avaliada e discutida a partir de características estruturais, disposição de níveis de energia, alterações observadas nos espectros de absorção óptica teóricos e energias de ligação dos sistemas. Os resultados obtidos indicam o derivado P3HT-Cl como o derivado mais promissor para a aplicação em sensores químicos. Em adição, os resultados também indicam que a presença de grupos laterais de maior reatividade na cadeia polimérica pode direcionar e intensificar a interação dos polímeros com os analitos, ao mesmo tempo em que permitem evitar a sua degradação química