| dc.creator | Araújo, Wanderson Souza | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-29T21:18:18Z | |
| dc.date.available | 2025-12-29 | |
| dc.date.available | 2025-12-29T21:18:18Z | |
| dc.date.issued | 2024-02-27 | |
| dc.identifier.citation | ARAÚJO, 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.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/19145 | |
| dc.description.abstract | The 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.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
| dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
| dc.subject | DFT | pt_BR |
| dc.subject | Grafeno | pt_BR |
| dc.subject | Glifosato | pt_BR |
| dc.subject | VASP | pt_BR |
| dc.subject | Graphene | pt_BR |
| dc.subject | Glyphosate | pt_BR |
| dc.title | Estudo da adsorção de glifosato em grafeno e algumas de suas funcionalizações via teoria do funcional da densidade | pt_BR |
| dc.title.alternative | Study of glyphosate adsorption on graphene and some of its functionalizations via density functional theory | pt_BR |
| dc.type | masterThesis | pt_BR |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0003-1106-7350 | pt_BR |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/4163477313535721 | 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 | Bordin, José Rafael | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9477024092198309 | pt_BR |
| dc.description.resumo | A 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.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 |