Modelagem de processos de oxidação de nanotubos de carbono de parede única em meio ácido - Porto, Arthur Barra (2013)
O presente trabalho se divide em duas etapas, a primeira constituída de uma análise de reatividade entre nanotubos de carbono (CNT) e o agente oxidante íon nitrônio (NO2+) e a segunda etapa o estudo do cluster formado entre o íon nitrônio e sua primeira camada de hidratação. Na primeira etapa, foi utilizada a metodologia da Teoria do Funcional de Densidade (DFT), com funcional B3LYP e conjunto de funções de base 6-31G e 6-31G(d) para avaliar os três modelos de CNT propostos, todos isômeros com fórmula molecular C110H20, porém, dois contendo defeito topológico em diferentes arranjos e um perfeito. Nessa etapa, foram realizados cálculos de otimização de geometria e frequência vibracional dos sistemas isolados. Observou-se que os sistemas contendo defeito topológico levam a um rearranjo das cargas eletrônicas dispersas na superfície do CNT, resultando na criação de pontos de cargas positivas e negativas, susceptíveis ao ataque de nucleófilos e eletrófilos, respectivamente. Ainda dentro dessa etapa, foi avaliada a adsorção do íon nitrônio sobre o CNT em diversas posições, evidenciando que os sistemas contendo defeitos são mais reativos do que o tubo perfeito. Foi elaborada uma proposta para o princípio do mecanismo de oxidação, o qual leva a transferência de oxigênio para a superfície do tubo, formando um epóxido com liberação de NO. Em uma segunda etapa foi analisado o cluster NO2+(H2O)n, com n=1,2,3 e 4, a fim de explorar as propriedades estruturais e energéticas desses sistemas. Diferentes níveis de teoria foram utilizados, incluindo os funcionais B3LYP, B972 e M062X, e também, MP2 e MP4, sendo aplicado, em todos os níveis, diversos conjuntos de funções de base, desde 6-31+G(d) até aug-cc-pVTZ. Alguns pontos relevantes foram observados, como o fato da carga positiva estar concentrada no átomo de nitrogênio com o aumento do número de moléculas de água e as energias de hidratação possuírem valores médios de -19,0±0,4 kcal/mol, -36,0±0,7 kcal/mol, -50,6±0,8 kcal/mol e -63,3±0,8 kcal/mol para n=1,2,3 e 4 respectivamente.