Estudo de reatividade de materiais orgânicos: síntese de melanina e sensores químicos baseados em nanoflakes de carbono. - Alves, Gabriel Gomes Baltazar [UNESP] (2020)
Compostos baseados em carbono têm se mostrado materiais de grande interesse tecnológico, principalmente devido à sua alta flexibilidade de síntese, baixo custo relativo e propriedades únicas. Graças a isto, tem-se observado um número crescente de trabalhos teóricos e experimentais acerca da compreensão de características básicas destes sistemas e a proposição de novos compostos com propriedades otimizadas para aplicações específicas. No presente trabalho são apresentados estudos teóricos acerca de dois temas relacionados à reatividade e propriedades estruturais de materiais orgânicos e baseados em carbono: i) estudo e análise de reatividade de subunidades de melanina; e ii) estudo estrutural e de reatividade de nanoflocos (ou nanoflakes em inglês) de carbono para aplicações em sensores químicos. Melaninas são pigmentos naturais com propriedades biológicas e eletrônicas que as tornam promissoras para aplicações bio-eletrônicas. Contudo não há ainda entendimento pleno acerca de sua estrutura macromolecular e conexão entre suas unidades básicas. Neste estudo cálculos de estrutura eletrônica, combinados com análise de reatividade, foram realizados para melhor compreender os processos de oligomerização. Os resultados obtidos permitem propor as estruturas diméricas mais prováveis e identificar reações que ocorrem no processo de síntese de melanina. Pode-se também estabelecer uma ordem de dominância de reatividade entre as subunidades e identificar núcleos de polimerização, o que pode auxiliar na definição de novas rotas sintéticas e modificações químicas destes biomateriais. O segundo tema traz estudos sobre diferentes geometrias e derivados de nanoflakes de carbono, bem como sua possível aplicação como sensor químico. Neste estudo foram avaliadas cinco diferentes geometrias e 11 modificações químicas destes materiais, cuja reatividade e estrutura eletrônica foram avaliadas. Os resultados obtidos sugerem uma grande variação de reatividade em todas as propriedades dos nanoflakes devido a sua geometria e terminações. Em geral, bordas do tipo zigzag são mais reativas. A análise comparativa dos níveis de fronteira dos derivados com diferentes analitos gasosos sugere a potencialidade das geometrias contendo bordas armchair como possíveis detectores dos gases Cl2 e SO2. De maneira geral, os resultados advindos de ambos os temas evidenciam a potencialidade do uso de índices de reatividade na análise de propriedades básicas e aplicadas de materiais orgânicos e estruturas de carbono.