Cálculos de estrutura eletrônica aplicados ao estudo de sensores químicos baseados em derivados de grafeno: abordagem molecular
João Pedro Barros Cuba, Augusto Batagin-Neto, Campus Experimental de Itapeva, Engenharia de Produção, joao.cuba@grad.itapeva.unesp.br, Bolsa: PROPe/AGE-UNESP.
Palavras Chave: Cálculo de estrutura eletrônica, derivados de grafeno, índices de Fukui.
Introdução
Atualmente há uma demanda crescente por sen- sores químicos cada vez mais seletivos, sensíveis e de baixo custo relativo. Neste sentido derivados de grafeno têm se mostrado materiais bastante promis- sores.
Neste trabalho são realizados cálculos de estrutura eletrônica de alguns derivados de grafeno, numa abordagem molecular, visando avaliar características estruturais e de reatividade destes materiais para aplicação em sensores.
Objetivos
O presente trabalho visa avaliar e identificar características estruturais e eletrônicas de derivados de grafeno numa abordagem molecular, ou seja, avaliando este material por meio de suas sub- estruturas reduzidas e hidrogenadas.
Material e Métodos
Para identificar tendências de saturação das pro- priedades eletrônicas do grafeno em função do ta- manho das estruturas, sistemas reduzidos com dife- rentes extensões foram confeccionados. As termina- ções foram hidrogenadas.
Os cálculos de estrutura eletrônica foram realizados numa abordagem Hartree-Fock, com o auxílio do pacote computacional MOPAC2012 [1].
Derivados com diferentes funcionalizações foram construídos e otimizados.
A fim de identificar prováveis sítios de alta reatividade, Índices de Fukui Condensados aos átomos (IFCA) foram avaliados numa abordagem DFT, através do software Gamess [2].
Resultados e Discussão
A Figura 1 ilustra a evolução dos níveis de energia dos orbitais de fronteira (EHOMO e ELUMO) das estruturas reduzidas de grafeno (ERG) em função das suas dimensões.
Como se pode notar, as ERGs com dimensão 8x8 configuram estruturas que representam de forma satisfatória o sistema estendido. Tal estrutura foi então empregada nos cálculos subsequentes.
A Figura 2 ilustra resultados típicos obtidos dos cálculos de IFCA das ERGs (com dopagem com Boro central). Resultados similares foram obtidos para outros derivados. As regiões em vermelho e azul representam, respectivamente, sítios de alta e baixa reatividade.
Figura 1. EHOMO e ELUMO em função da dimensão das ERG.
Figura 2. Resultados típicos obtidos de cálculos de IFC de derivados de grafeno.
O resultado apresentado sugere que as regiões mais reativas da ERG situam-se nos carbonos terminais. Tal característica deve estar associada à efeitos de borda, indicando que ERGs não podem ser empregadas no estudo de reatividade do grafeno. O resultado acima descrito indica que sistemas periódicos com condições de contorno devem ser empregados para tal fim, os quais estão atualmente sendo avaliados.
Conclusões
Os resultados obtidos indicam que abordagens moleculares não permitem avaliar características associadas à reatividade do grafeno. Estudos utilizando sistemas periódicos, com condições de contorno e ondas planas, estão atualmente em curso.
Acknowledgements
Os autores agradecem à ProPe/UNESP e ao CNPq pelo auxílio financeiro.
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¹ Stewart, J. J. P.J. Comput.-Aided Mol. Des.1990, 108, 1.
² Schmidt M W, Baldridge K K, Boatz J A, Elbert S T, Gordon M S, Jensen, J. H.;Koseki, S.; Matsunaga N.; Nguyen K. A.; Su S.;Windus T.
L.; Dupuis, M. e Montgomery, J. A..J. Comput. Chem.1993, 14, 1347.
XXVII Congresso de Iniciação Científica
