Grafeno e adsorção de metais alcalinos : uma abordagem teórica

Abstract

O grafeno é uma forma alotrópica do carbono, que, nos dias atuais, tem despertado atenção das mais variadas áreas de pesquisa, devido às suas propriedades físicas e químicas extraordinárias, com destaque para a alta mobilidade de carga e área superficial. Sua rede cristalina favorece o surgimento de propriedades eletrônicas de um semicondutor de gap zero entre as bandas de condução e de valência. Esses atributos físico-químicos são consequência direta da estrutura do grafeno composta por átomos de carbonos com hibridização do tipo sp2 que integram um sistema de elétrons π-conjugado. Apesar de o cenário ser promissor, o grafeno sem funcionalização é apolar e quimicamente inerte, sendo que essas duas características atrapalham sua aplicação. Visando melhorar a reatividade do substrato, algumas das funcionalizações mais comuns são: adição de funções oxigenadas no plano basal, dopagem do sistema π conjugado com átomos de tamanho semelhante ao carbono e adsorção de metais na superfície. Nesse último caso, é necessária uma compreensão, em nível atômico, da interação do grafeno com metais para explorar todo o seu potencial. Considerando essa situação, este trabalho propõe um estudo detalhado das propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas da adsorção de metais alcalinos em uma e duas folhas de grafeno por meio da teoria do funcional densidade (DFT). Inicialmente, foram analisados os diferentes funcionais e a importância da utilização de correções de dispersão. Em um segundo momento, uma análise da adsorção de metais alcalinos foi realizada para se obter o melhor sítio de adsorção do lítio e a influência que a variação de spin provoca nas propriedades. Foi observado que o sítio de adsorção hollow foi o preferencial e que a modificação de spin gerou mudanças nas propriedades eletrônicas de todas as estruturas estudadas, sendo um aspecto fundamental a ser considerado no estudo de adsorção de metais alcalinos no grafeno.