Cálculos de estrutura eletrônica aplicados ao estudo de sensores químicos baseados em derivados de polipirrol

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Coleone, Alex Pifer
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Sensores químicos; Derivados de polipirrol; Teoria do funcional da densidade; Cálculos de estrutura eletrônica; Chemical sensors; Polypyrrole derivatives; Density functional theory; Electronic structure calculations
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/192542

Polímeros orgânicos conjugados são considerados materiais de grande relevância para aplicações tecnológicas variadas, principalmente devido às suas propriedades optoeletrônicas únicas e métodos utilizados em sua síntese. Nesse contexto, os derivados de polipirrol (PPy) têm sido amplamente empregados. A grande variabilidade de síntese desse material permite a produção de uma série de derivados com propriedades distintas, permitindo sua aplicação em diversas áreas. Neste trabalho, cálculos de estrutura eletrônica foram realizados para avaliar a influência de grupos laterais nas propriedades estruturais, ópticas, eletrônicas e de reatividade de derivados de PPy, em especial para aplicações como sensores químicos. Os cálculos foram feitos para sistemas oligoméricos aplicando a teoria do funcional da densidade. Estudos de preliminares foram conduzidos utilizando dois funcionais distintos para otimização de geometria e avaliação de propriedades optoeletrônicas. Estudos comparativos da alternância de comprimento de ligação, distribuição espacial e energética dos orbitais de fronteira, gaps eletrônicos, energias de ligação de éxcitons, espectros de absorção óptica, densidade eletrônica de estados e reatividade local foram conduzidos para cada derivado e a influência dos grupos laterais foi discutida em termos de suas propriedades de inserção/retirada de elétrons. Um conjunto de regras simples (equações lineares) foi proposto para a predição de propriedades optoeletrônicas de derivados de PPy. Em particular, os resultados mostraram que os parâmetros de Hammett dos grupos laterais são suficientes para permitir o design de materiais adaptados para diferentes aplicações. Dados de reatividade indicam os sistemas PPy-CCH e PPy-CN como derivados promissores para aplicação em sensores químicos, contudo estudos de adsorção sugerem uma resposta sensorial bastante similar destes derivados em relação ao PPy não modificado. De modo geral os derivados PPy, PPy-CCH e PPy-CN permitem a detecção dos analitos Cl2 e SO2, principalmente no que tange possíveis respostas elétricas.