bachelorThesis
Modelagem de filmes finos de estanato de bário fluoretado (BaSnO3:F) por meio da Química Quântica Computacional
Modeling of thin films of fluoride barium stannate (BaSnO3:F) using Computational Quantum Chemistry
Registro en:
20160138153
SANTOS, Jefferson Luan dos. Modelagem de filmes finos de estanato de bário fluoretado (BaSnO3:F) por meio da Química Quântica Computacional. 2020. 49f. Monografia (Graduação em Química Bacharelado) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
Autor
Santos, Jefferson Luan dos
Resumen
In the last years, the researches have increased specifically in the computational study
through the Quantum Chemistry in the formation of surfaces (001), (011) and (111) of the
perovskitas of the ABO3 type (A = mono or divalent ions, B = tri, tetra and pentavalent
ions, O = oxygen) of cubic structure belonging to the space group Pm3m, widely used
for presenting electrical and magnetic properties applicable. The material under study in
this work is barium stanate (BaSnO3), due to its dielectric and semiconductor properties,
whose activity in photocatalysis and gas sensing has been reported experimentally, with a
band-gap between 2,9 and 3,4 eV. As a sensor, its main applications are as a sensor of
humidity and CO, SOx, H2, Cl2 and Liquefied Gas (GLP). The interest in studying BaSnO3
lies in the ability of this material to interact with the atmosphere in which it is included,
and can be used in the monitoring of gases and sensors. The improvement of materials
for a given application requires the control of phase, morphology, dopants, the electronic
structure and the control of punctual defects, in an approach known as Defects Engineering.
All computational calculations were performed using Crystal17 software, which considers
the correct 2D periodicity of barium stanate thin films (BaSnO3) of the solid state, to
obtain structural properties by means of Computational Quantum calculations at the
level of the Functional Density Theory (DFT), aiming at understanding the structure,
morphology and electronic structure for integrated gas sensing (O2, N2 and NO) and
photocatalysis applications. The electronic structure of the films was analyzed based on the
band structure, state density and location of the crystalline orbitals. The results showed
that the barium stanate presents a certain sensitivity of electrical conductivity stable
at temperatures of 1000ºC. And in comparison to the non-doped BaSnO3, the initial
calculations showed that the thin films of fluorinated material presented more promising
applications as sensors, due to the higher sensitivity and selectivity of NO gas. Nos últimos anos, as pesquisas têm aumentado especificamente no estudo computacional por
meio da Química Quântica na formação de superfícies (001), (011) e (111) das perovskitas
do tipo ABO3 (A = íons mono ou divalentes, B = íons tri, tetra e pentavalentes, O =
oxigênio) de estrutura cúbica pertencente ao grupo espacial Pm3m, amplamente utilizadas
por apresentarem propriedades elétricas e magnéticas aplicáveis. O material em estudo
nesse trabalho é o estanato de bário (BaSnO3), devido as suas propriedades dielétricas e
semicondutoras, cuja atividade em fotocatálise e sensoriamento de gases tem sido reportada
experimentalmente, com um band-gap entre 2,9 e 3,4 eV. Como sensor, suas principais
aplicações são como sensor de umidade e dos gases CO, SOx, H2, Cl2 e Gás Liquefeito
(GLP). O interesse em estudar o BaSnO3 está na capacidade deste material interagir com a
atmosfera na qual está incluído, podendo ser utilizado no monitoramento de gases e sensores.
O aprimoramento de materiais para uma determinada aplicação requer o controle de fase,
de morfologia, de dopantes, da estrutura eletrônica e do controle de defeitos pontuais, numa
abordagem conhecida como Engenharia de Defeitos. Todos os cálculos computacionais
foram realizados utilizando o programa Crystal17, que considera a correta periodicidade
2D dos filmes finos de estanato de bário (BaSnO3) do estado sólido, para a obtenção
de propriedades estruturais por meio de cálculos Quânticos Computacionais ao nível da
Teoria do Funcional da Densidade (DFT), visando a compreensão quanto à estrutura,
morfologia e estrutura eletrônica voltados à aplicações integradas de sensoriamento de
gases (O2, N2 e NO) e fotocatálise. A estrutura eletrônica dos filmes foi analisada com
base na estrutura de bandas, densidade de estados e localização dos orbitais cristalinos. Os
resultados mostraram que o estanato de bário apresenta uma determinada sensibilidade de
condutividade elétrica estáveis à temperaturas de 1000ºC. E em comparação ao BaSnO3
não dopado, os cálculos iniciais demonstraram que os filmes finos do material fluoretado
apresentaram-se mais promissores à aplicações como sensores, devido à maior sensibilidade
e seletividade do gás NO.