Nas ´ultimas d´ecadas, com o avanc¸o industrial e tecnol´ogico e a falta de cuidado no
descarte dos res´ıduos t´oxicos gerados para o meio ambiente, como por exemplo, os metais pesados
n´ıquel, c´admio, chumbo, crˆomio, cobre, merc´urio, zinco e manganˆes tem sido uma grande
preocupac¸ ˜ao da sa´ude p´ublica quanto a exposic¸ ˜ao destes `a populac¸ ˜ao. Diante disto, propomos
estudar atrav´es de simulac¸ ˜oes computacionais baseadas na Teoria do Funcional da Densidade
(DFT), utilizando o programa SIESTA, as interac¸ ˜oes dos metais Ni, Cd e Pb com o nanotubo
de carbono (10,0) de parede ´unica (SWCNT), puro (SWCNT-P) e funcionalizado com os grupamentos
orgˆanicos carboxila (SWCNT-COOH) e hidroxila (SWCNT-OH), com o intuito de
sugerir estes nanomateriais como filtros e sensores destes metais. A primeira investigac¸ ˜ao se
baseou no estudo das mudanc¸as das propriedades estruturais e eletrˆonicas do SWCNT-P ap´os
as funcionalizac¸ ˜oes. Neste estudo, constatamos alterac¸ ˜oes nas distˆancias de ligac¸ ˜ao e distorc¸ ˜ao
do nanotubo ap´os as funcionalizac¸ ˜oes, evidenciando uma funcionalizac¸ ˜ao de car´ater covalente.
O estudo das propriedades eletrˆonicas para o SWCNT-COOH mostrou, atrav´es da estruturas
eletrˆonica de bandas, que a funcionalizac¸ ˜ao provocou a induc¸ ˜ao da polarizac¸ ˜ao de spin (n˜ao
observada para o SWCNT-P) e uma reduc¸ ˜ao significativa no gap. Para o SWCNT-OH, n˜ao
houve a induc¸ ˜ao da polarizac¸ ˜ao de spin, por´em houve uma mudanc¸a no car´ater da condutividade
de semicondutor para met´alico. Ap´os isso, realizamos o estudo das interac¸ ˜oes dos metais
com os nanotubos. Os metais Ni e Pb foram quimiossorvidos em todos os nanotubos. J´a o
Cd s´o foi quimiossorvido no SWCNT-OH. Atrav´es das energias de ligac¸ ˜ao observamos que as
funcionalizac¸ ˜oes aumentaram a reatividade do nanomaterial, por´em isso dificulta a reutilizac¸ ˜ao
do mesmo. Diante disso, quando o interesse ´e reutilizar o material utilizado como filtro, sugerimos
o SWCNT-P, j´a que o mesmo apresentou baixas energias de ligac¸ ˜ao com os metais. O
estudo das propriedades eletrˆonicas dos sistemas resultantes foi atrav´es das estruturas eletrˆonica
de bandas, da densidade de estado total (DOS), da densidade de estado (projetada) parcial
(PDOS), do c´alculo do momento magn´etico resultante, do c´alculo das transferˆencia de cargas
e do estudo do mapa de contorno da densidade eletrˆonica. Atrav´es das estruturas eletrˆonica de
bandas, vimos que o car´ater da adsorc¸ ˜ao influenciou diretamente nas propriedades eletrˆonicas,
pois quando o Cd foi fisiossorvido poucas modificac¸ ˜oes foram observadas. A partir de todos
estes c´alculos o nanotubo que apresentou uma maior sensibilidade na condutividade para os
trˆes metais foi o SWCNT-OH e o que apresentou maior seletividade no car´ater magn´etico foi o
SWCNT-COOH. Assim, os nanotubos funcionalizados s˜ao os mais adequados para construc¸ ˜ao
de dispositivos para sensoriamento destes metais. / In recent decades, technological and industrial advances and lack of care in the disposal
of toxic waste generated for the environment, such as, heavy metals nickel, lead, cadmium,
chromium, copper, mercury, zinc and manganese has been a great concern of public health as
exposure to the population of these. Given this, we propose to study through computer simulations
based on Density Functional Theory (DFT), using the SIESTA code, he interactions of
metals Ni, Cd and Pb with carbon nanotubes (10,0) single-walled (SWCNT), pure (SWCNT-P)
and functionalized with organic grouping carboxyl (SWCNT-COOH) and hydroxyl (SWCNTOH)
in order to suggest nanomaterials such as filters and sensors of these metals. The first
investigation was based on the study of changes of structural and electronic properties in the
SWCNT-P after functionalization. In this study, we observed changes in bond distances and
distortion tubes after functionalizations, showing a functionalization of covalent character. The
study of the electronic properties for SWCNT-COOH showed through electronic band structure,
the functionalization provoked an induction of polarization of spin (not observed for the
SWCNT-P) and a significant reduction in gap. For the SWCNT-OH there was no induction polarization
of spin, however there were a change in the character of the conductivity of semiconducting
to metallic. After that, we study the interactions of metals with nanotubes. The metals
Ni and Pb were chemisorbed nanotubes. Already Cd was only quimiossorvido in SWCNT-OH.
Through the binding energies we observed that functionalizations increased reactivity of the nanomaterial,
but this makes it difficult to reuse the same. Therefore, when the interest is to reuse
the material used as a filter, we suggest the SWCNT-P, since it showed low binding energies
with metals. The study of the electronic properties of the resulting systems was through the
electronic band structure, the total state density (DOS), state density partial(projected) (PDOS),
calculation of the resulting magnetic moment, of charge transfer and study of contour map of
electron density. Through the electronic band structures, we saw that the character of adsorption
directly influence the electronic properties, because when the Cd was fisisorbed few modifications
were observed. From all these calculations the nanotube which showed greater sensitivity
in conductivity for the three metals was SWCNT-OH and with the highest selectivity in magnetic
character was SWCNT-COOH. Thus, the nanotubes functionalized are best suited for the
construction of devices for sensing these metals. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:10.254.254.39:tede/385 |
| Date | 13 June 2013 |
| Creators | BASTOS, Mirele |
| Contributors | CAMPS RODRIGUEZ, Ihosvany, http://lattes.cnpq.br/3732563704810366, RAMALHO, Teodorico de Castro, SILVEIRA, Nelson José Freitas da |
| Publisher | Universidade Federal de Alfenas, Instituto de Ciências Exatas, Brasil, UNIFAL-MG, Programa de Pós-Graduação em Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UNIFAL, instname:Universidade Federal de Alfenas, instacron:UNIFAL |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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