Adsorção de cluster de ouro em materiais bidimensionais
Abstract
Neste trabalho estudamos a interação do cluster de ouro Au34 com diferentes materiais
bidimensionais. Clusters de Au, diferentemente do seu comportamento na forma macroscópica,
são reativos quimicamente. Sua utilização requer a deposição em substratos.
Os materiais bidimensionais escolhidos como substrato foram o grafeno, o disseleneto de
tungstênio e o nitreto de boro. Além disto, estudamos a interação do cluster de Au34 com
o grafeno com defeito (vacância) e o grafeno funcionalizado por tiofenol. Estes materiais
foram escolhidos devido às diferenças entre as suas propriedades físicas e, sobretudo, na
facilidade em que se pode obter monocamadas destes materiais. O grafeno funcionalizado
por tiofenol foi utilizado pois verifica-se experimentalmente que este material é um
bom catalisador, e é eficiente em ancorar os clusters de ouro, evitando a aglomeração
destes em agregados de menor razão superfície/volume, o que diminui a eficiência das
reações químicas que necessitam catalisador. O cluster de ouro escolhido possui 34 átomos
pois este é um dos números mágicos para clusters deste elemento. A configuração
mais estável para este cluster de ouro possui simetria C3, com o diâmetro em torno de 0,8
nm. Todos os cálculos foram feitos utilizando a teoria do funcional da densidade dentro
da aproximação do gradiente generalizado para o funcional de troca e correlação, como
implementado no programa computacional VASP. Determinamos as energias de ligação,
as distorções estruturais, as trocas de carga entre os sistemas interagentes e analisamos
as estruturas eletrônicas através das densidades de estados. Nossos resultados indicam
que o cluster de ouro praticamente não interage com as folhas de grafeno e nitreto de boro.
As interações do cluster com o grafeno funcionalizado por tiofenol e com o disseleneto de
tungstênio mostraram as maiores energias de ligação, enquanto a interação com o grafeno
com defeito (vacância) apresenta uma energia de ligação intermediária. Os sítios ativos
para as reações eletrofílicas e nucleofílicas estão localizados nos átomos de ouro, com
os sítios ativos no substrato sendo inativados por impedimentos estéricos. Os sistemas
quimicamente ativos, com os clusters de ouro fixados no substrato e um comportamento
anfotérico, apresentam diferentes valores de gap de energia, permitindo a sua utilização
em diferentes ambientes químicos.
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