Tese
Estudo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) na propriedades estruturais e ópticas de nanoclusters de ouro
Study of Density Functional Theory (DFT) in the structural and optical properties of gold nanoclusters
Registro en:
RODRIGUES, Edna da Silva Machado. Estudo da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) na propriedades estruturais e ópticas de nanoclusters de ouro. 2019. 120 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2019.
Autor
Rodrigues, Edna da Silva Machado
Institución
Resumen
Density Functional Theory (DFT) calculations and its time dependent approach
(TDDFT) have been performed to investigate the ligand effect on the structural
and optical properties of the Au13 and Au13
3+ clusters. In the first part of this
work, it has been investigated through the analysis of the potential energy
curves, the most favorable coordination site of the NH3, PH3, SCH3 and SeCH3
ligands on the Au13 cluster. The results show that the NH3 and PH3 ligands bind
preferentially on top site, while for the other ligands the coordination to the (111)
site is energetically more favorable. In addition, it was studied the ligand
influence on the structural, electronic and optical properties of the Au13L, where
L = NH3, N(CH3)3, PH3, P(CH3)3, SCH3, SCH2Ph, SCH(CH3)NH2, SCH(CH3)Cl,
SPh, SPhCH3 , SPhCOOH and SeCH3. The analysis of the electronic stabilities
reveals that the Au13SCH(CH3)Cl and Au13NH3 are the most stable among the
other clusters of the thiolate or selenolate and of the phosphine or amine-ligated
groups, respectively. The ligand effect on the optical absorption spectra of
Au13L is relatively small, in which the main change is observed in the intensity of
the highest energy peak. In the second part of this work, it has been developed
a systematic structural analysis of Au13L8
3+, where L = SCH3, SeCH3,
SCH2OCH3 e S(CH3)2NH2, to exam the influence of different ligands. Binding
energy calculations indicate that the gold core is more stabilized by the ligand in
the following sequence S(CH3)2NH2 > SCH2OCH3 > SeCH3 > SCH3. Natural
Bond Analysis (NBO) shows that the strongest electron donation occurs from a
lone pair orbital on the sulfur and selenium atoms to the antibonding acceptor
o* (Au−S) and o* (Au−Se), respectively. TDDFT calculations have been
performed to simulate the optical absorption spectra of Au13L8
3+ in gas phase
and under the effect of solvents with different polarities. The absorption
spectrum of [Au13(S(CH2)2NH2)8]3+ shows a spectral profile that differs
considerably from the others in gas phase and which is strongly affected by
solvent. Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE Cálculos da teoria do funcional de densidade (do inglês, Density Functional
Theory – DFT) e sua abordagem dependente do tempo (TDDFT) foram
realizados para investigar a influência de diferentes ligantes nas propriedades
estruturais e ópticas dos clusters de ouro Au13 e Au13
3+. Inicialmente foi
investigado, por meio das curvas de energia potencial, o sítio de coordenação
mais favorável de diferentes ligantes (NH3, PH3, SCH3 e SeCH3) no cluster de
Au13. Os resultados mostram que o ligante aminado e o fosfinado se
coordenam preferencialmente ao sítio on top, enquanto que, para os demais
ligantes, a coordenação ao sítio da face (111) se mostra energeticamente mais
favorável. Em seguida, foi estudada a influência dos ligantes sobre as
propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas do cluster de Au13L, sendo L =
NH3, N(CH3)3, PH3, P(CH3)3, SCH3, SCH2Ph, SCH(CH3)NH2, SCH(CH3)Cl,
SPh, SPhCH3, SPhCOOH e SeCH3. A análise dos resultados da estabilidade
eletrônica revelou que os clusters de Au13SCH(CH3)Cl e Au13NH3 são os mais
estáveis dentre àqueles que pertencem ao grupo dos tiolados ou selenolado e
ao grupo dos aminados e fosfinados, respectivamente. Posteriormente, foi
avaliada a influência dos ligantes sobre os espectros de absorção do Au13L,
onde o principal efeito está na intensidade da banda de mais alta energia. Na
segunda parte deste trabalho foi realizada uma análise estrutural do Au13L8
3+,
onde L = SCH3, SeCH3, SCH2OCH3 e S(CH3)2NH2. Cálculos de energia de
ligação indicam que o Au13 é mais estabilizado pelo ligante de acordo com a
sequência: S(CH3)2NH2 > SCH2OCH3 > SeCH3 > SCH3. A análise dos orbitais
naturais de ligação (do inglês, Natural Bond Orbitals ‒NBO) mostra que a
doação eletrônica mais forte ocorre dos orbitais não ligantes sobre os átomos
de enxofre ou selênio para os orbitais antiligantes o* (Au-S) e o* (Au-Se),
respectivamente. Além disso, ela permitiu entender a origem da maior
estabilidade do [Au13(S(CH2)2NH2)8]3+. Os espectros ópticos de absorção do
Au13L8
3+ foram calculados em fase gasosa e sob o efeito de solventes. O
espectro de absorção do [Au13(S(CH2)2NH2)8]3+ mostra um perfil espectral que
difere dos demais clusters em fase gasosa e o mesmo é fortemente afetado
pelo efeito do solvente. São Cristóvão, SE