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 |