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Estudo da interação de átomos metálicos com materiais bidimensionais via teoria do funcional da densidade
dc.creator | Morais, Wesley Oliveira | |
dc.date.accessioned | 2024-11-12T18:26:41Z | |
dc.date.available | 2024-11-12T18:26:41Z | |
dc.date.issued | 2023-03-24 | |
dc.identifier.citation | MORAIS, Wesley Oliveira. Estudo da interação de átomos metálicos com materiais bBidimensionais via teoria do funcional da densidade. 2023. 113 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2023. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14551 | |
dc.description.abstract | In this master’s thesis we report a theoretical study on the interaction of transition metal atoms (TM = Co, Ni, Rh, Pd, Ir and Pt) with two-dimensional materials (2D) based on graphene, using graphene (pristine - GP and with monovacancy - GMV) and hexagonal boron nitride (h-BN) via Density Functional Theory (DFT). The set of TMs that determined theoretical indicators for the best candidates for single-atom catalysts (SACs) were considered, constituting a sampling of the three transition metal series of groups 8 and 9 of the periodic table, which are part of a select group highly used in theoretical and experimental studies, with numerous applications, due to the unfilled d layer. In the first stage of the study, we calculated the main properties of the substrates and TMs separately, which agreed with the literature and served to confirm the methodology adopted. By removing a carbon atom from the GP, we obtained a more reactive support (GMV) while the structural part remained minimally altered. The Co/GP, Co/h-BN and Co/GMV systems ensured an initial characterization of the substrates and adsorption trends of the metal atom on each substrate, such as the choice of a substrate size of 6x6x1 unit cells. We found that GP-adsorbed TMs with higher (lower) d-state occupation have bridge (hollow) site-preference that exhibit a more reactive character. This is the case for the more stable systems Co/GP, Ni/GP and Rh/GP having adsorption at the hollow site and Pd/GP, Ir/GP and Pt/GP at the bridge site. The adsorption preference for the top site over nitrogen (N) of the h-BN substrate is attributed to the fact that the p orbitals perpendicular to the plane are empty in boron (B) and occupied by two electrons in N. In the case of the GMV substrate, the TMs satisfy the missing bonds of the missing graphene carbon (C) atom and enter into the vacancy. The total magnetic moment of the three substrates had a similar behavior, where we identified the relationship with the filling of the d states, being non-null (null) for those TMs with lower (higher) occupancy. The energetic and structural properties of the more stable systems considering TMs/GP and TMs/h-BN showed strong interaction, in terms of adsorption and distortion energies for applications in SACs when rhodium (Rh) is adsorbed. In the incorporation of TMs in GMV, the interaction is more easily established for iridium (Ir) and Rh at the same time that it loses more stability. The greater interaction accompanied by the higher magnitude of adsorption energy and loss of stability is associated with the GMV substrate being more reactive. In all these systems the supports did not suffer significant structural distortions. The electronic properties experienced stability of substrates due to adsorption and that in TMs/GP, TMs/h-BN and TMs/GMV systems, Rh is within the group of TMs that exhibited the lowest decrease in binding states. The greater charge transfer and orbital hybridization confirm GMV as the best substrate for SAC applications. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Teoria do funcional da densidade | pt_BR |
dc.subject | Materiais bidimensionais | pt_BR |
dc.subject | Metais de transição | pt_BR |
dc.subject | Catalisadores de átomo único | pt_BR |
dc.title | Estudo da interação de átomos metálicos com materiais bidimensionais via teoria do funcional da densidade | pt_BR |
dc.title.alternative | Study of the interaction of metallic atoms with twodimensional materials via density functional theory | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/2958491185563336 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-3477-4437 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/1132803048214294 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Guedes Sobrinho, Diego | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6029239473962141 | pt_BR |
dc.description.resumo | Nessa dissertação de mestrado relatamos um estudo teórico sobre a interação de átomos de metais de transição (MT = Co, Ni, Rh, Pd, Ir e Pt) com materiais bidimensionais (2D) baseados no grafeno, usando o grafeno (pristine - GP e com monovacância - GMV) e nitreto de boro hexagonal (h-BN, do inglês hexagonal Boron Nitride) via Teoria do Funcional da Densidade (DFT, do inglês Density Functional Theory). Foram considerados o conjunto de MTs que determinaram indicadores teóricos para os melhores candidatos a catalisadores de átomo único (SACs, do inglês Single Atom Catalysts), constituindo uma amostragem das três séries de metais de transição dos grupos 8 e 9 da tabela periódica, que fazem parte de um seleto grupo altamente empregado em estudos teóricos e experimentais, com inúmeras aplicações, em decorrência da camada d não preenchida. Na primeira etapa do estudo calculamos as principais propriedades dos substratos e MTs isoladamente que concordaram com a literatura e serviram para confirmar a metodologia adotada. Na remoção de um átomo de carbono do GP obtivemos um suporte (GMV) mais reativo ao mesmo tempo que a parte estrutural se manteve minimamente alterada. Os sistemas Co/GP, Co/h-BN e Co/GMV garantiram uma caracterização inicial dos substratos e tendências de adsorção do átomo metálico em cada substrato, como a escolha por um tamanho de substrato 6x6x1 células unitárias. Encontramos que os MTs adsorvidos em GP com maior (menor) ocupação dos estados d têm sítio preferência bridge (hollow) que exibem um caráter mais reativo. Esse é o caso dos sistemas mais estáveis Co/GP, Ni/GP e Rh/GP com adsorção em sítio hollow e Pd/GP, Ir/GP e Pt/GP em sítio bridge. Já a preferência de adsorção pelo sítio top sobre nitrogênio (N) do substrato h-BN é atribuída em razão dos orbitais p perpendiculares ao plano estarem vazios em boro (B) e ocupados por dois elétrons no N. No caso do substrato de GMV, os MTs satisfazem as ligações ausentes do átomo faltante de carbono (C) do grafeno e incorporam na vacância. O momento magnético total na aplicação dos três substratos apresentou comportamento semelhante, onde identificamos a relação com o preenchimento dos estados d, sendo não nulo (nulo) para aqueles MTs com menor (maior) ocupação. As propriedades energéticas e estruturais dos sistemas mais estáveis, olhando para o MTs/GP e MTs/h-BN, apresentaram maior interação, no que diz respeito às energias de adsorção e distorção para aplicações em SACs quando o ródio (Rh) é adsorvido. Na incorporação dos MTs em GMV, a interação é mais facilmente estabelecida para irídio (Ir) e Rh, ao mesmo tempo que perdem mais estabilidade. A maior interação acompanhada da magnitude mais alta da energia de adsorção e perda de estabilidade é associada ao substrato de GMV por ser mais reativo. Em todos esses sistemas os suportes não sofreram significativas distorções estruturais. As propriedades eletrônicas revelaram os mecanismos de estabilidade dos substratos devido a adsorção e que nos sistemas MTs/GP, MTs/h-BN e MTs/GMV o Rh está dentro do grupo de MTs que exibiram menor diminuição dos estados ligantes. A maior transferência de carga e hibridização dos orbitais confirmam o GMV como melhor substrato para aplicações em SACs. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Piotrowski, Maurício Jeomar | |
dc.subject.cnpq1 | FISICA | pt_BR |
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PPGFis: Dissertações e Teses [75]
Abrange as Dissertações e Teses da área de Pós-Graduação em Física