Explorando correções de van der Waals na descrição teórica de interações de H2O com materiais bidimensionais
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Data
2024-04-30Primeiro coorientador
Vargas, Douglas Willian Duarte de
Primeiro membro da banca
Piquini, Paulo Cesar
Segundo membro da banca
Piotrowski, Maurício Jeomar
Metadata
Mostrar registro completoResumo
A medida em que a descrição das forças presentes nos sistemas físicos é melhorada, as interações
mais fracas, antes menos significativas, passam a ter maior relevância. As interações de van
der Waals (vdW) são interações consideradas fracas, mas de longo alcance, e estão presentes
em uma variada gama de fenômenos como aderência de anfíbios em diferentes superfícies,
interações entre moléculas de DNA, reações químicas, entre outras. Além disso, as interações
de vdW participam de inúmeros processos fundamentais para a criação ou aprimoramento de
tecnologias em diferentes segmentos (e.g., sensores de gás, transporte de fármacos, dispositivos
optoeletrônicos). Muitos estudos tem demonstrado que essas interações são relevantes na
descrição de interfaces entre sistemas sólido-líquido ou sólido-gás, onde já existem aplicações,
ainda que as interações de vdW careçam de descrições teóricas mais gerais e precisas. A
Teoria do Funcional da Densidade busca resolver o problema de muitos elétrons aproximando o
funcional de troca e correlação. Os funcionais existentes nem sempre reproduzem os efeitos das
interações de vdW, além de não haver uma única forma de incluí-los. Neste estudo, comparamos
diferentes propostas para incluir os efeitos das interações de vdW em dois sistemas diferentes
contendo uma molécula de H2O interagindo com monocamadas de grafeno ou de nitreto de boro
hexagonal (hBN). Aplicamos as correções Grimme-D2 e Grimme-D3 adicionadas ao funcional
PBE, e os funcionais vdW-DF, com e sem a inclusão da correção de troca C09. Verificamos que
as correções e funcionais de vdW apresentam diferentes efeitos nos sistemas estudados como,
por exemplo, em maior ou menor magnitude, diminuíram a distância e a energia de interação com
a monocamada em comparação com o funcional PBE. Diferenças notáveis foram encontradas na
descrição das energias de ativação em função dos diferentes sistemas calculados para diferentes
correções e funcionais. Além disso, encontramos um impacto significativo na descrição de
propriedades eletrônicas relativas a interação de uma molécula de água e superfícies de grafeno
e hBN. Concluímos que as correções avaliadas podem alterar significativamente os resultados
em comparação com o funcional PBE. Ao incluirmos essas aproximações, devemos tomar cuidado para garantir que as correções ou funcionais reproduzam as características desejadas
com o maior grau de acurácia possível.
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