ANÁLISE VIA DFT SOBRE NANOTUBOS DE CARBONO

As propriedades dos nanotubos de carbono (NTC) têm sido muito estudadas devido suas características e possibilidades de aplicações tecnológicas. Até agora sabe-se como o potencial de ionização (PI) e a afinidade eletrônica (AE) desses
compostos variam com a quantidade de átomos na rede, mas sem estudos de como essas grandezas sejam afetadas com água. Essa pesquisa contribuiu para isso, uma vez que se pretende conhecer como o PI e a AE variam com a presença de água, e
dessa forma compreender como os NTC podem ser usados como sensores. O objetivo foi comparar o PI e a AE dos nanotubos vazios com os preenchidos por uma cadeia linear de moléculas de água. Estudou-se os NTC de quiralidade (4,4) e (5,5) de
diferentes tamanhos, na forma pura e úmida. Precisou conhecer a função de onda do estado fundamental. Utilizou-se do método da DFT, o pacote Gaussian 09. No input usamos a base 3-21G, o funcional B3LYP e o pseudopotencial AREP. Para as
coordenadas do tubo, usamos um gerador online (TubeGen). Realizando a convergência das estruturas dos estados carregados de cada NTC, determinou o PI e a AE. Para obter os espectros de absorção, utilizou-se o pacote GaussView 6.0.16,
calculou-se a diferença de energia dos orbitais moleculares HOMO e LUMO. Analisando a energia de ligação da molécula de água ao tubo (4,4,n), observa-se uma instabilidade no sistema, indicando uma repulsão entre as moléculas no interior do
tubo. Já o tubo (5,5,n) é estável e a energia de ligação da cadeia de água atinge um valor limite de 0,22 eV por molécula adicionada. Nos espectros de absorção, o tubo vazio (5,5,0) apresenta uma faixa menor de frequência de absorção comparado ao tubo cheio (5.5,n), indicando que a presença de água é responsável pela ampliação da faixa de absorção. Para o gap HOMO-LUMO, observa-se uma variação maior dessa energia nos tubos (4,4), devido à proximidade da água com a parede do tubo. Os resultados demonstram que os NTC se comportam diferente com a presença da água, tornando-se menos sensíveis com o aumento da quiralidade do sistema.

Palavras-chave: Afinidade eletrônica; Nanotubos de carbono; Potencial de ionização; Sensores moleculares; Teoria do funcional da densidade.