Estudo ab initio de nanotubos, com ênfase na adsorção e encapsulamento de átomos e moléculas - Lima, Cláudio Natálio (Universidade Federal do Amazonas, 2022)
Nesta tese são realizados cálculos ab initio, com o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), para investigar as propriedades eletrônicas e ópticas, e as estabilidades estrutural e energética de vários sistemas nanotubulares de quiralidade zig-zag (5,0) e arm- chair (5,5). Em primeiro lugar, os protótipos nanotubulares de parede única CB , CN e BN de configurações zig-zag e armchair são consideradas para determinar a estabilidade ener- gética dos sistemas e calcular suas propriedades eletrônicas e estruturais. A identificação da natureza semicondutora dos nanotubos BNNT nos inspirou a realizar adsorção do átomo de hidrogênio e molécula diatômica ( H 2 , O 2 , N 2 , CO , N O ) e triatômica ( CO 2 , N O 2 ) em suas versões zig-zag e armchair. No proximo momento, estudamos o encapsulamento do átomo e moléculas supracitados nas versões (9,0) e (5,5). Os cálculos DFT forneceram dados sobre a estabilidade energética, densidade de estados (DOS), estrutura de bandas e viabilizou os cálculos das propriedades de transporte e óptica. Foram analisados três tipos de nanotubos nas versões zig-zag e armchair constituı́dos com carbono-boro (CBNT), carbono-nitrogênio (CNNT) e boro-nitrogênio (BNNT). O estudo acima nos permite entender o impacto do di- âmetro e da quiralidade na energia de ligação, na estabilidade estrutural, e nas propriedade eletrônicas dos protótipos nanotubulares. Os resultados mostram que todos CBNTs são de caracterı́stica metálica, independentemente da quiralidade, enquanto o aspecto metálico é predominante no CNNT. Os resultados evidenciam que os BNNTs possuem propriedades semicondutoras com pequeno gap de energia no nı́vel de Fermi para n ≥ 5 . Todos os nano- tubos apresentam-se mais estáveis, estruturalmente e energeticamente, para as estruturas com maiores diâmetro. As adsorções de átomo e moléculas, mencionadas anteriormente, foram feitas no sitio do nitrogênio e do boro do nanotubo. Examinamos os resultados dos parâmetros estruturais, energias de ligação e comprimentos de ligação intramolecular das adsorções, onde todas as estruturas demonstraram estabilidade. Os gaps das bandas fo- ram analisados para compreender as propriedades de adsorção dos complexos. Além disso, estruturas de banda de densidade de estados (DOS) e contagens de transferência de densi- dade de carga também são realizados. Entre todas os adsorbatos, a adsorção do átomo de hidrogênio em ambas as versões dos BNNT demonstra a maior estabilidade. As adsorções afetaram o gap, como observado nas estruturas de bandas, nas densidade de estados e na transmitância quântica. O encapsulamento do átomo e moléculas, mencionado acima, em BNNTs (5,5) e (9,0), também apresentaram estabilidade estrutural. Os resultados mos- tram que o composto N O 2 -BNNT é o mais estável dentre todas as moléculas encapsulados. Quando o BNNT confina o átomo de hidrogênio e as moléculas O 2 , N O e N O 2 , ele passa por uma transição do estado semicondutor para metálico. Essa transição é mostrada nas estruturas de bandas, na densidade de estados e transmitância quântica, onde o gap de energia no nı́vel de Fermi é modificado. Verificamos também a transferência de cargas entre BNNTs e o átamo/moléculas nas adsorções e no encapsulamentos. As propriedades ópticas dos sistemas foram abordadas por meio da determinação da função dielétrica.