Nanoestruturas formadas por redes orgânicas covalentes
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Rodrigo Gribel Lacerda
Simone Silva Alexandre
Simone Silva Alexandre
Resumo
Neste trabalho, aplicamos cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para investigar propriedades eletrônicas e estruturais de redes orgânicas covalentes (COF's). Essas estruturas foram recentemente obtidas experimentalmente, e representam uma nova classe de nanoestruturas porosas compostas apenas por elementos leves (átomos de H, C, B e O). A rede covalente define uma estrutura tipo grafite com poros de tamanhos entre 15-30 A. Mostramos que as energias de gap desses materiais dependem das moléculas que funcionam como as unidades básicas para formar a rede. Investigamos também a estabilidade energética de nanotubos e fullerenos baseados nesses compostos. Os nanotubos são obtidos pelo dobramento de folhas de COF's, e a estabilidade deles é determinada pela comparação de suas energias de strain com nanotubos baseados em outros elementos, tais como carbono, GaS e GaSe, e com energias de superfície de fitas de COF's. Além disso, mostramos que um fullereno baseado em COF, com diâmetro em torno de 40 A, pode também ser estável. Empregamos a implementação SIESTA do DFT, a qual faz uso de pseudopotenciais e uma base composta de pseudo orbitais atômicos de alcance limitado.
Abstract
In this work we apply first-principles calculations based on the Density Functional Theory (DFT) to investigate structural and electronic properties of covalent organic frameworks (COF's). These structures were recently obtained experimentally and constitute a new class of porous nanostructures composed only of light elements (H, C, B and O atoms).The covalent framework de¯nes a graphitic-type structure with pore sizes in the range 15-30 ºA. We show that the gap energies of these materials depend on the building block molecules that form the framework. Also, we investigate the energetic stability of nanotubes and fullerenes based on these compounds. The nanotubes are obtained by rolling up COF sheets, and their stability is determined by comparison of their strainenergy with nanotubes based on other materials, such as carbon, GaS and GaSe, and with surface energies of COF ribbons. Moreover, we show that a fullerene based on COF, with a diameter around 40ºA, may also be stable. We employ the SIESTA implementation of the DFT formalism, which makes use of pseudopotentials and a basis set composed of pseudo atomic orbitals of ¯nite range.
Assunto
Nanoestruturas, Teoria funcional de densidade, Fulerenos, Rêdes orgânicas covalentes, Nanotubos
Palavras-chave
Nanoestruturas, Fullerenos, Teoria funcional de densidade, Rêdes orgânicas covalentes, Nanotubos