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Previous issue date: 2013-02-28 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O presente trabalho se divide em duas etapas, a primeira constituída de uma análise de reatividade entre nanotubos de carbono (CNT) e o agente oxidante íon nitrônio (NO2+) e a segunda etapa o estudo do cluster formado entre o íon nitrônio e sua primeira camada de hidratação. Na primeira etapa, foi utilizada a metodologia da Teoria do Funcional de Densidade (DFT), com funcional B3LYP e conjunto de funções de base 6-31G e 6-31G(d) para avaliar os três modelos de CNT propostos, todos isômeros com fórmula molecular C110H20, porém, dois contendo defeito topológico em diferentes arranjos e um perfeito. Nessa etapa, foram realizados cálculos de otimização de geometria e frequência vibracional dos sistemas isolados. Observou-se que os sistemas contendo defeito topológico levam a um rearranjo das cargas eletrônicas dispersas na superfície do CNT, resultando na criação de pontos de cargas positivas e negativas, susceptíveis ao ataque de nucleófilos e eletrófilos, respectivamente. Ainda dentro dessa etapa, foi avaliada a adsorção do íon nitrônio sobre o CNT em diversas posições, evidenciando que os sistemas contendo defeitos são mais reativos do que o tubo perfeito. Foi elaborada uma proposta para o princípio do mecanismo de oxidação, o qual leva a transferência de oxigênio para a superfície do tubo, formando um epóxido com liberação de NO. Em uma segunda etapa foi analisado o cluster NO2+(H2O)n, com n=1,2,3 e 4, a fim de explorar as propriedades estruturais e energéticas desses sistemas. Diferentes níveis de teoria foram utilizados, incluindo os funcionais B3LYP, B972 e M062X, e também, MP2 e MP4, sendo aplicado, em todos os níveis, diversos conjuntos de funções de base, desde 6-31+G(d) até aug-cc-pVTZ. Alguns pontos relevantes foram observados, como o fato da carga positiva estar concentrada no átomo de nitrogênio com o aumento do número de moléculas de água e as energias de hidratação possuírem valores médios de -19,0±0,4 kcal/mol, -36,0±0,7 kcal/mol, -50,6±0,8 kcal/mol e -63,3±0,8 kcal/mol para n=1,2,3 e 4 respectivamente. / This work is divided in two parts; the first one consisted on the analysis of the interaction process between carbon nanotubes (CNT) and the oxidant agent nitronium ion (NO2+). The second part addressed the analysis of structure and energy of the cluster formed between the nitronium ion and its first solvation shell. In the first part we used the density functional theory (DFT) with B3LYP functional and basis set 6-31G and 6-31G(d) to evaluate the three CNT isomers with molecular formula C110H20, including two with topological defect in different arrangements. Geometry optimization and vibrational frequency calculations for isolated molecules were carried out. It was observed that the systems with topological defects led to a rearrangement of electronic charges in the CNT surface, resulting in positive and negative carbon atoms, which are more susceptible to nucleophilic and electrophilic attack, respectively. The nitronium ion adsorption on the CNT surface was also evaluated showing that the systems containing defects are more reactive then the pristine isomer. In addition, a proposal for the oxidation mechanism was made, leading to an epoxide group on the CNT surface and releasing a NO molecule. In the second part, the cluster NO2+(H2O)n, with n = 1,2,3 and 4, was analyzed in order to explore the structural and energy properties, as well as to assess the different methodologies. DFT approach with B3LYP, B972 and M062X functionals, and MP2 and MP4with distinct basis sets, from 6-31G+(d) to aug-cc-pVTZ were used. The results showed that positive charge is concentrated on the nitrogen with increasing number of water and the average hydration energy were -19.0±0.4 kcal/mol, -36.0±0.7 kcal/mol, -50.6±0.8 kcal/mol e 63.3±0.8 kcal/mol for n=1,2,3 e 4 respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/2313 |
| Date | 28 February 2013 |
| Creators | Porto, Arthur Barra |
| Contributors | Santos, Hélio Ferreira dos, Nascimento Júnior, Clébio Soares, Oliveira, Luiz Fernando Cappa de |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora, Programa de Pós-graduação em Química, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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