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Tipo do documento: Tese
Título: Estudo teórico da adsorção de N2O e NO em superfícies nanogaiolas B12N12 puras e modificadas com metais de transição 3d
Título(s) alternativo(s): Theoretical study of N2O and NO adsorption on pure and 3D transition metal modified B12N12 nanocage surfaces
Autor: SOUSA, Natanael De Sousa 
Primeiro orientador: VARELA JUNIOR, Jaldyr de Jesus Gomes
Primeiro coorientador: RODRIGUES, Nailton Martins
Primeiro membro da banca: VARELA JÚNIOR , Jaldyr de Jesus Gomes
Segundo membro da banca: RODRIGUES, Nailton Martins
Terceiro membro da banca: ALCÂNTARA, Ana Clécia Santos de
Quarto membro da banca: MACIEL, Adeilton Pereira
Quinto membro da banca: LIMA, Roberto Batista
Resumo: Estudos apontam que nanogaiolas B12N12 podem, seletivamente, detectar gases como O3, HNO, NO, CO, CNCl e CNF, enquanto a modificação com metais amplia a detecção para gases como CO, NH3, PH3, AsH3, SO2, O3, COCl2, NCCN e CNCl. Estudos mostram que nanoaglomerados de B12N12 exibem excelentes propriedades adsorventes e sensibilidade eletrônica, viabilizando aplicações em sensores, carreamento de fármacos, catálise e armazenamento de energia. A introdução de metais de transição (TM) na estrutura de nanogaiolas B12N12 podem maximizar tais propriedades. No entanto, poucos estudos têm discutido a incorporação de diferentes modificações estruturais nas nanogaiolas modificadas com metais de transição, bem como a estabilidade dinâmica, propriedades ópticas e efeitos de gases interferentes nas nanogaiolas. Neste âmbito, o B12N12 foi modificado com os metais da primeira fila de transição (TM = Sc - Zn) em cinco configurações (TMB11N12, B12N11TM, TM@b66, TM@b64 e TM@B12N12) e submetido a cálculos com a Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Análises de multiplicidade de spin, energia de coesão, densidade de estados (DOS), ordem de ligação, UV-vis e dicroísmo circular (DC) foram realizadas, juntamente com dinâmica molecular (DM) para avaliar a estabilidade dos nanogaiolas. Algumas nanogaiolas sofreram rearranjo durante otimização de geometria com a DFT e em cálculos de dinâmica molecular. No geral a modificação do B12N12 reduziu o gap HOMO-LUMO e aumentou a reatividade dos sistemas modificados, sendo o zinco o único metal com interação fraca. O Cr@B12N12 destacou-se como o sistema mais estável, com maior afinidade metal/gaiola. Em relação a interação com o gás de todos os sistemas TM-B12N12 estudados, o Cu@B12N12 demonstrou maior sensibilidade eletrônica para do gás óxido nitroso (N2O) (∆Egap = 72,3 %) e capacidade de diferenciá-lo seletivamente de outros gases, além de apresentar melhor resposta de função trabalho (∆Φ = 50,2 %). Então, o B12N12 modificado com cobre foi testado para adsorção do gás monóxido de nitrogênio (NO) e o Cu@B12N12 apresentou alta sensibilidade eletrônica (ΔEgap = 87,4%) e (∆Φ = 48,9%) para a detecção seletiva do gás. Em resumo, os sistemas encapsulados com cobre surgem como materiais de sensoriamento promissores para aplicações na detecção seletiva dos gases N2O e NO.
Abstract: Studies indicates that B12N12 nanocages can selectively detect gases such as O3, HNO, NO, CO, CNCl, and CNF, while metals modification extends detection to gases like CO, NH3, PH3, AsH3, SO2, O3, COCl2, NCCN, and CNCl. Studies demonstrate that B12N12 nanoclusters exhibit excellent adsorptive properties and electronic sensitivity, enabling applications in sensors, drug delivery, catalysis, and energy storage. The introduction of transition metals (TM) amplifies these properties. However, few studies have discussed the incorporation of different structural modifications in TM-modified nanocages, dynamic stability, optical properties, and the effects of interfering gases on nanocages. B12N12 was modified with first-row transition metals (TM = Sc - Zn) in five configurations (TMB11N12, B12N11TM, TM@b66, TM@b64, and TM@B12N12) and subjected to DFT calculations. Spin multiplicity analyses, cohesive energy, DOS, bond order, UV-vis, and DC were performed, along with molecular dynamics (DM) to assess the stability of nanocages. Some nanocages underwent rearrangement during geometry optimization or molecular dynamics. Modification of B12N12 reduced the HOMO-LUMO gap and increased reactivity of modified systems, with Zn being the only metal showing weak interaction. Cr@B12N12 stood out as the most stable system, exhibiting higher metal/cage affinity Regarding N2O gas, among all TM-B12N12 systems studied, Cu@B12N12 demonstrated higher sensitivity (∆Egap = 72.3 %) and the ability to selectively differentiate it from other gases, along with a better response in work function (∆Φ = 50.2 %). Subsequently, B12N12 modified with Cu was tested for NO gas adsorption, and Cu@B12N12 exhibited high electronic sensitivity (ΔEgap = 87.4 %) and (∆Φ = 48.9 %) for selective NO gas detection. In summary, Cu- encapsulated systems emerge as promising sensor materials for selective detection of N2O, and NO gases.
Palavras-chave: B12N12;
Nanogaiolas Modificadas;
Metais de Transição 3d;
NO;
N2O.
B12N12;
Modified Nanocage;
Transition Metal 3d;
NO;
N2O.
Área(s) do CNPq: Química
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DOUTORADO EM QUÍMICA (ASSOCIADO UFMA-IFMA)
Citação: SOUSA, Natanael De Sousa. Estudo teórico da adsorção de N2O e no em superfícies nanogaiolas B12N12 puras e modificadas com metais de transição 3d. 2025. 151 f. Tese (Programa de Pós-Graduação Doutorado em Química (ASSOCIADO UFMA-IFMA)) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6209
Data de defesa: 24-Abr-2025
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DOUTORADO EM QUÍMICA (ASSOCIADO UFMA-IFMA)

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