Cooperação Internacional

ANAIS DO CONGRESSO

Propriedades, funcionalização, caracterização de grafeno dopado com Nb – Aplicações em células combustíveis - Colaboração com a FBK (Trento-Itália)

R. Marchiori¹; M. A. Correa², R. M. Tromer², F. Bohn², L. F. C. Pereira³

¹ Universidade Federal de Rondônia – UNIR

² Universidade Federal do Rio Grande do Norte –  UFRN

³School of Physics, Trinity College Dublin, Ireland

Resumo

Nos últimos anos a modificação da estrutura cristalina de grafeno tem sido estudada com o objetivo de melhorar suas propriedades em diferentes aplicações, criando os materiais de grafeno (GRMs). A funcionalização dos GRMs pode ser realizada inserindo átomos ou moléculas de diferentes elementos na rede cristalina do grafeno, modificando suas propriedades devido à mudança de ligações químicas. Um tipo de funcionalização é obtido através da dopagem do grafeno inserindo outros elementos em sua estrutura cristalina com efeito nas propriedades mecânicas, químicas, ópticas, térmicas, elétricas e magnéticas devido à presença de defeitos substitucionais ou intersticiais na rede cristalina. Um processo de dopagem controlada pode ser o caminho para obter produtos comerciais. A variação das propriedades magnéticas está relacionada à distorção da estrutura molecular do grafeno dopado, que causa uma mudança de seu comportamento magnético. O magnetismo do grafeno está correlacionado com suas propriedades químicas, de modo que a análise da alteração no magnetismo pode oferecer informações importantes sobre a possível aplicação do material, como por exemplo, para melhorar a eficiência do armazenamento de hidrogênio em grafeno dopado para ser usado como combustível limpo para produção de energia renovável. A simulação computacional oferece uma descrição da interação entre os elementos dopantes e a superfície do grafeno, ajudando a explicar os resultados da caracterização. Um elemento promissor para dopagem de grafeno é o nióbio (Nb), que pode formar Nb₂O₅ na superfície do grafeno dependendo da dinâmica de deposição. Os grupos funcionais Nb-Nb₂O₅ podem ser capazes de melhorar tanto a termodinâmica como a cinética de absorção de outros átomos/moléculas na superfície do grafeno dopado. No presente trabalho foi estudada a funcionalização do grafeno obtida através da deposição de Nb como material dopante com formação de Nb-Nb₂O₅ na superfície do grafeno, com o objetivo de correlacionar a mudança nas propriedades magnéticas do grafeno dopado utilizando simulação computacional. O magnetismo induzido por defeitos controlados na rede cristalina do material  poderia ser útil para melhorar o procedimento de dopagem para diferentes aplicações de grafeno. A simulação computacional foi realizada para descrever a dinâmica da deposição/inserção de Nb-Nb₂O₅ no grafeno, correlacionada com os defeitos induzidos na superfície do grafeno ao longo do processo de deposição de Nb. Outra rota possível para combinar resultados de caracterização com análise de simulação é através da análise de processos de dopagem controlada de grafeno para melhorar os desempenhos em suas potenciais aplicações.

Palavras-chave: Grafeno; dopagem; oxido de nióbio; propriedades magnéticas; simulação computacional.