Funcionalização de Nanotubos de Carbono

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Caio Carvalho Coêlho
Lucas Miranda Franco
Wilson Alves de Oliveira Junior
Funcionalização
de Nanotubos de Carbono
Universidade Federal do Piauí – UFPI
Campus Ministro Petrônio Portella
Centro de Ciências da Natureza – CCN
Bacharelado em Ciências dos Materiais
Teresina – PI
2014
1
Publicação
Revista Química Nova – Vol.30 – nº 7 – 2007
Dr. Antônio Gomes de Sousa Filho
 Física – UFC – Fortaleza – CE
Dr. Solange Binotto Fagan
 Física – UNIFRA – Santa Maria - RS
01
2
Nanomateriais
Nanomateriais têm propriedades pelo seu tamanho e forma; e diferem dos “bulk”.
Ex.: fulereno (1985), nanotubo de carbono (1991).
“Bulk” – Espécie química intermediária entre a escala atômica e a escala de materiais (macroscópica).
C60
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Os Nanotubos
Descoberto em 1991 (MWNT), por Sumio Iijima;
Iijima e Bethune  SWNT
São sistemas bem estáveis e muitas de suas aplicações requerem, um controle de suas propriedades.
Multidisciplinar.
Funcionalização
Moléculas
Átomos
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Classificação
SWNT (Single-Wall Carbon Nanotube);
MWNT (Multi-Wall Carbon Nanotube);
Seu avanço decorreu de processos de síntese na Rice University (Prof. Smalley).
04
5
Conceitos e Propriedades
Estrutura atómica;
Estrutura eletrônica;
Propriedades óticas;
Propriedades vibracionais.
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Estrutura atômica
É um cilindro de um átomo de espessura;
Os parâmetros são: diâmetro (dt) e ângulo quiral (θ);
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Figura 2. (a) Diagrama ilustrando como um nanotubo de carbono é formado
a partir da folha de grafite; (b) a definição do vetor quiral, para o caso n=4
e m=2.
Figura 2. (c) Nanotubos com θ=0° (15,0) θ=3° (9,9) e θ=19.0° (12,6)
Estrutura eletrônica
Considerando as propriedades do grafeno;
O grafeno possui “gap” de energia nulo em “K” na zona de Brillouin;
Os estados eletrônicos permitidos no nanotubo são restritos;
Ex.: nanotubo semicondutor ou metálico.
SEMICONDUTOR METÁLICO
- n-m  múltiplo de 3 - n=m
- n-m  não múltiplo de 3
Figura 3. Densidade de estados eletrônicos para SWNTs semicondutores (a) e metálicos (b). Os estados preenchidos (orbitais π) estão localizados abaixo do nível de Fermi e os estados vazios (orbitais π*) acima do nível de Fermi.
Propriedades vibracionais e óticas
São determinadas pela estrutura atômica;
A técnica de espectroscopia Raman ressonante permite o entendimento das propriedades eletrônicas e óticas;
Os modos vibracionais mais importantes são:
 (a) modo de respiração; (região de baixo número de onda)
 (b) Banda G; (semicondutor e metálico)
 (c) Banda D; (desordem estrutural; simetria)
Mudanças na estrutura eletrônica dos nanotubos;
Sensíveis ao processo de transferência de carga.
Técnicas importantes de absorção e emissão ótica:
Espectro de absorção ótica;
Dispersão em surfactantes;
Quando envolto por micelas; (semicondutores)
 Emissão de luz infravermelha, associada à separação dos primeiros picos (E11).
 
BARBOSA, 2011.
Figura 3. 
Funcionalização de nanotubos de carbono
Interações não-covalentes;
Interações covalentes;
Interações não-covalentes
Análise por transferência de carga.
Perfil  “Breit-Wigner-Fano - BWF”
Absorção física
Figura 4. (a) Ilustração do nanotubo interagindo com Ag, tornando-o um sistema aceitador de carga; (b) espectros Raman dos nanotubos não modificados e interagindo com Ag. Reproduzida da ref. 37, com permissão da Elsevier.
MOLÉCULAS
Doadoras
Receptoras
BANDAG
diminui
aumenta
Quadro de interações com o grafite
OBS.: em baixas concentrações, esse comportamento é anômalo.
Figura 5. Espectros Raman de nanotubos de paredes duplas puros e intercalados com Br2 na região do modo radial de respiração (a) e na região da banda G (b). Reproduzidos da ref. 55, com permissão da American Physical Society.
Referências:
BARBOSA, L. C. A. Introdução à Química Orgânica. 2. ed. Pearson, São Paulo, 2011.
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 8. ed. LTC, Rio de Janeiro, 2012.
FAGAN, S. B. Currículo do Sistema Currículo Lattes. 26 nov. 2014. Disponível em: <http://lattes.cnpq.br/8537174715205717>. Acessado em: 12 dez. 2014.
LOOKFORDIAGNOSIS.COM. Nanotubos. Disponível em: <http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Nanotubos&lang=3>. Acessado em: 14 dez. 2014.
SOUZA, A. G. de. Currículo do Sistema Currículo Lattes. 11 dez. 2014. Disponível em: <http://lattes.cnpq.br/0223997495223283>. Acessado em: 12 dez. 2014.
SOUZA FILHO, A. G.;  FAGAN, S. B. Funcionalização de Nanotubos de Carbono. Quím. Nova. 2007, vol.30, n.7, pp. 1695-1703. ISSN 0100-4042.