Dinâmica de nanoestruturas e simulação de encapsulamento de pequenas moléculas em fulerenos porosos - Fernandes, Jessica de Oliveira [UNESP] (2024)
Os fulerenos são nanoestruturas bem conhecidas, com formato esférico e formadas apenas por átomos de carbono. Desde sua síntese realizada pela primeira vez em 1985 por Kroto et al., vaporizando a laser um bloco de grafite em gás hélio, os fulerenos têm chamado a atenção por suas interessantes características físicas. A mais chamativa destas características é seu interior oco, que motivou pesquisas acerca do encapsulamento de espécies, principalmente metálicas, nessas gaiolas de carbono. Durante esses estudos, foi descoberto que a transferência de carga das espécies metálicas para a estrutura de carbono confere propriedades estruturais e eletrônicas únicas a esses materiais. As aplicações destes tipos de sistemas endoédricos são vastas e estudadas até hoje. Além disso, em busca de avanços na área de novos materiais, estruturas que são baseadas nas estruturas bem conhecidas do carbono, como o grafeno, nanotubos de carbono e os fulerenos, têm surgido estruturas com novas propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas interessantes. Um exemplo são as folhas bidimensionais de grafenileno (BPC) e grafeno poroso (PG), que possuem propriedade diferentes de seu análogo grafeno. Um trabalho recente explorou fulerenos porosos, baseados em unidades de BPC e PG, modificando as ligações carbono-carbono de fulerenos convencionais como C20 e C60. A principal vantagem desses fulerenos porosos é a sua alta porosidade e seu tamanho relativamente maior que os fulerenos convencionais encontrados na literatura; essas diferentes características podem acarretar em propriedades intrínsecas bem diferentes. Em nosso trabalho investigamos as propriedades desses materiais, principalmente a partir do encapsulamento de moléculas como H2, H2O e CO2, utilizando simulações computacionais a partir de métodos quânticos. A abordagem DFTB (Tight Binding DFT) foi adotada devido à sua eficiência computacional em relação à DFT convencional, especialmente em cálculos envolvendo grandes sistemas ou dinâmica molecular.