Abordagens computacionais aplicadas ao estudo de semicondutores nanoestruturados

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Jesus, João Paulo Almirão de
• Orientador(a): La Porta, Felipe de Almeida
• Banca de defesa: Albuquerque, Anderson dos Reis , Nascimento, Érica Cristina Moreno , La Porta, Felipe de Almeida
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Londrina
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Semicondutores; Materiais nanoestruturados; Funcionais de densidade; Semiconductors; Nanostructured materials; Density functionals
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30113

Essa dissertação tem como principal objetivo a aplicaçãode diferentes abordagens computacionais em dois estudos de casos, utilizando clusters hexagonais, com configuração M6X6 (M = Zn, Cd eX = S, O), como modelos para semicondutores coloidais de ZnS, Zn6-x Cdx S6 , CdS e ZnO com estrutura wurtzita . No primeiro trabalho, foi apresentado um estudo teórico sobre os efeitos de um campo elétrico na estrutura eletrônica e nas propriedades espectroscópicas de clusters de Zn6-x Cdx S6 . Assim, foram identificadas distorções nos ângulos e comprimentos de ligações conforme a hibridização dos clusters devido a estrutura mais compacta de Zn6 S6 em relação ao Cd6 S6 , sendo a estrutura Zn3 Cd3 S6 a mais distorcida e, também, os modos ativos Raman e as propriedades termodinâmicas, sugerindo os clusters de Zn6 S6 como os mais estáveis. Com a aplicação do campo elétrico, as distorções dos comprimentos e ângulos de ligações aumentaram significativamente, com limite em 0,20 V Å-1 , sendo observada polarização das estruturas locais, além do efeito quântico Stark verificado pelos desvios de energia das propriedades físicas e na polarização dos orbitais HOMO e LUMO, mantendo uma tendência ao longo do trabalho.No segundo trabalho, foi feita uma abordagem teórica-experimental de nanopartículas de ZnS e ZnO em três partes. Na primeira parte foi realizada a síntese das nanopartículas por meio da rota hidro(solvo)térmica e as propriedades estruturais, espectroscópicas e fotocatalíticas analisadas, indicando a excelente capacidade das nanopartículas em degradar o corante azul de metileno. Na segunda parte, foram simuladas as estruturas no estado fundamental e excitado de clusters de Zn6 S6 e Zn6 O 6 , aprofundando então nas propriedades eletrônicas, vibracionais eno comportamento químico, no qual as análises de QTAIM e NBO mostraram um maior caráter iônico das ligações do cluster Zn6 O 6 , resultando em uma estrutura mais polarizada e distorcida consequentemente, em defeitos intrínsecos. Na última parte, os clusters optimizados foram submetidos a um estudo de ancoramento molecular e a inibição das principais enzimas do SARS-CoV-2, Escheria coli e Fusarium solani avaliadas, sugerindo um largo espectro de atividade antimicrobiana para as nanopartículas de ZnO e ZnS e elucidando a influência do estado excitado na maior atividade de inibição contra os agentes patogênicos. Com isso, nesse último estudo foram descobertasalta reatividade das nanopartículas como agente infectantes, bloqueio na região UVA e UVB e um largo espectro de propriedades antimicrobianas. Portanto, como mostrado nos resultados dos artigos, os métodos computacionais atingiram excelentes resultados em ambos os trabalhos,sempre seguindo tendências e apresentando valores próximos aos presentes na literatura para os sistemas alvos e dentro da margem de erro metodológico, destacando então a eficiência dos cálculos teóricos no estudo de materiais funcionais.