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dc.creatorAraújo, Wanderson Souza
dc.date.accessioned2025-12-29T21:18:18Z
dc.date.available2025-12-29
dc.date.available2025-12-29T21:18:18Z
dc.date.issued2024-02-27
dc.identifier.citationARAÚJO, Wanderson Souza. Estudo da adsorção de glifosato em grafeno e algumas de suas funcionalizações via teoria do funcional da densidade. 2024. 72 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/19145
dc.description.abstractThe growing demand in the agricultural sector, coupled with an increase in per capita income, global population, and food consumption, makes the use of techniques, machinery, and substances that enhance production efficiency crucial. In this context, agricultural pesticides such as glyphosate have emerged as an excellent alternative. Glyphosate is a non-selective herbicide with a broad spectrum of action, eliminating weeds that compete for nutrients with the target crop. Introduced in the 1970s, glyphosate currently represents approximately 70% of pesticide use in Brazil. Its excessive use may lead to environmental issues in both flora and fauna, with recent studies suggesting a potential link to cancer in humans. Being a polar and highly water-soluble molecule, glyphosate poses a significant risk of contamination to aquatic biota. Therefore, there is considerable interest in techniques for detecting and/or removing glyphosate from water. This study aims to elucidate a possible route for the detection and removal of glyphosate using graphene-based substrates. The Density Functional Theory, employing the PBE exchange-correlation functional along with van der Waals D3 corrections from the projector-augmented wave method implemented in the VASP computational package, was utilized. Six substrates were studied: pristine graphene, graphene with monovacancy, nitrogen-doped graphene, oxygen-doped graphene, nitrogen-adsorbed graphene, and oxygen-adsorbed graphene. Glyphosate was adsorbed onto these substrates through tentative configurations, and the most promising ones were subjected to Ab-Initio Molecular Dynamics (AIMD) in two processes: thermalization (performed at a constant temperature of 300 K) and simulated annealing (initiated at 300 K and decreasing to 0 K). Subsequently, we selected snapshots of configurations with the lowest non-equivalent energies and conducted a more precise structural optimization to extract properties. The results of the adsorptions can be classified into three categories: (i) systems with weak adsorption characterized by physisorption, observed in adsorptions on pristine and N- and O-doped substrates; (ii) a system characterized by strong chemisorption with an adsorption energy greater than 2 eV, found in the adsorption on monovacancy graphene; (iii) systems with strong chemisorption, resulting in the formation of new compounds, observed in adsorptions on adsorbed graphene (N and O). We also conducted an analysis of charge density differences, revealing the molecule’s tendency to become anionic and the substrate cationic. Our results indicate the suitability of each graphenebased substrate for the removal and/or detection of glyphosate in water, serving as a guide for the development of graphene-based nanomaterials for these purposes.pt_BR
dc.description.sponsorshipSem bolsapt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectDFTpt_BR
dc.subjectGrafenopt_BR
dc.subjectGlifosatopt_BR
dc.subjectVASPpt_BR
dc.subjectGraphenept_BR
dc.subjectGlyphosatept_BR
dc.titleEstudo da adsorção de glifosato em grafeno e algumas de suas funcionalizações via teoria do funcional da densidadept_BR
dc.title.alternativeStudy of glyphosate adsorption on graphene and some of its functionalizations via density functional theorypt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-1106-7350pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4163477313535721pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3477-4437pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1132803048214294pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Bordin, José Rafael
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9477024092198309pt_BR
dc.description.resumoA crescente demanda do setor agrícola atrelada ao aumento da renda per capita, da população global e do consumo de alimentos, faz com que seja crucial o uso de técnicas, maquinários e substâncias que propiciam o aumento da eficiência da produção. Nesta direção, defensivos agrícolas como o glifosato surgiram como uma excelente alternativa, por ser um herbicida não seletivo de amplo espectro de ação, eliminando ervas daninhas que competem por nutrientes com a cultura alvo. Introduzido na década de 1970, o glifosato representa atualmente cerca de 70% do uso de pesticida no Brasil. O seu uso exacerbado pode vir a ocasionar problemas ambientais tanto na flora quanto na fauna, além de estudos recentes indicarem ser um possível causador de câncer em seres humanos. Por se tratar de uma molécula polar e altamente solúvel em água, o glifosato apresenta grande risco de contaminação da biota aquática. Neste sentido, técnicas que detectem e/ou removam o glifosato da água são de grande interesse. Este trabalho tem como objetivo elucidar uma possível rota de detecção e remoção de glifosato a partir de substratos baseados em grafeno. Para isso, utilizamos a Teoria do Funcional da Densidade por meio do funcional de troca e correlação PBE juntamente com as correções de van der Waals D3 a partir do método do projetor de ondas aumentadas conforme implementado no pacote computacional VASP. Estudamos seis substratos: grafeno pristino, grafeno com monovacância, grafeno dopado com nitrogênio, grafeno dopado com oxigênio, grafeno adsorvido com nitrogênio e grafeno adsorvido com oxigênio. Adsorvemos o glifosato nos seis substratos através de configurações tentativas, as quais selecionamos as mais promissoras e realizamos Ab-Initio Molecular Dynamics (AIMD) em dois processos: termalização (realizada à temperatura constante de 300 K) e simulated annealing (iniciada em 300 K e decrescendo até 0 K). Posteriormente selecionamos snapshots de configurações de menores energias não equivalentes e realizamos otimização estrutural de maior precisão de onde extraímos as propriedades. Das adsorções podemos separar os resultados em três classes: (i) sistemas onde tivemos uma adsorção fraca caracterizada por uma fisissorção, que foram as adsorções feitas nos substratos pristino e dopados com N e O; (ii) sistema caracterizado por uma forte adsorção, do tipo quimissorção, com a energia de adsorção de magnitude maior que 2 eV, que foi a adsorção realizada no grafeno com monovacância; (iii) sistemas em que houve uma forte adsorção, caracterizando uma quimissorção também, porém com a formação de novos compostos, que ocorreram nos casos das adsorções no grafeno adsorvido (N e O). Realizamos também uma análise da diferença de densidade de carga onde podemos observar que a molécula tem tendência a ficar aniônica e o substrato catiônico. Nossos resultados indicam qual é a melhor utilização de cada substrato baseado em grafeno para remoção e/ou detecção de glifosato em água, servindo como um guia para o desenvolvimento de nanomateriais baseados em grafeno para estes fins.pt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Físicapt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.rights.licenseCC BY-NC-SApt_BR
dc.contributor.advisor1Piotrowski, Maurício Jeomar
dc.subject.cnpq1FISICApt_BR


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