Estudio DFT del proceso de reduccion del oxido de grafeno

NICOLÁS DOMANCICH; ANA ROSSI; FUENTE, SILVIA; N. CASTELLANI

Santa Fe

Congreso; 104a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2019

Asociación Física Argentina

En los ultimos a~nos se han desarrollados varios metodos para la produccion de grafeno. Uno de ellos es laexfoliacion mecanica, el cual resulta laborioso y con una baja probabilidad de encontrar hojas de grafeno grandesy aisladas. Existen tambien metodos que producen grafeno mediante el crecimiento epitaxial de monocapas, perorequieren ya sea de condiciones de alto vaco o de procedimientos especializados que aun no se han desarrolladoen forma plena. Por ultimo, el metodo que ha demostrado mayor efectividad en la preparacion de grafeno engrandes cantidades es la reduccion de los derivados del grato, entre los que se encuentra el oxido de grafeno(GO). Recientemente la atencion de los investigadores se ha enfocado en la busqueda de reductores adecuados deGO para la produccion de grafeno. La reduccion termica ha probado tener una importante eciencia en cuanto a ladesoxigenacion del GO. Sin embargo, el grafeno obtenido presenta una pobre estabilidad coloidal. Por otra parte,si bien la hidracina ha demostrado ser un reductor muy efectivo, su uso a gran escala representa tanto un problemade seguridad como ambiental, debido a que este compuesto es altamente toxico y potencialmente explosivo. Porese motivo, ha surgido en la actualidad un gran interes en utilizar reductores menos activos que sean amigables conel medio ambiente. Uno de ellos es la dopamina (DA), la cual ha demostrado ser un buen reductor en condicionesconvenientes de temperatura y tiempo de reaccion. Ademas, este compuesto metabolico exhibe propiedades deautopolimerizacion, inhibiendo la aglomeracion de las laminas de grafeno debido a su caracter hidrofobico. En elpresente trabajo se realizo un estudio teorico relativo al proceso de reduccion de distintos modelos de la superciebasal de GO, empleando como agente reductor la forma zwitterionica de la DA (ZDA). Cabe destacar que en untrabajo previo se ha demostrado que la ZDA interactua mas fuertemente que la DA con una supercie metalica deAg. Los calculos se realizaron en el marco de la teora del funcional de la densidad (DFT), empleando el programaVASP (Vienna Ab-initio Simulation Program). Se incluyeron efectos dispersivos mediante el metodo DFT-D2 deS. Grimme. Para modelar la supercie de GO se empleo un modelo periodico, con una celda hexagonal 5x5x1 yun espacio vaco en la direccion normal al GO, considerando varias conguraciones de 5 grupos funcionales epoxi(GO5) o de 5 grupos hidroxilo (G(OH)5). Para cada sistema considerado se produjo el acercamiento de la moleculaZDA hacia uno de dichos grupos funcionales, orientando su anillo aromatico de forma paralela con respecto alplano basal de GO. En todos los casos la energa de adsorcion resulto ser exotermica. Se observo que la moleculade ZDA se adsorbe de manera no disociativa sobre los sistemas GO5, mientras que lo hace disociativamente sobrealgunos de los sistemas G(OH)5. En esta ultima situacion, un atomo de H del grupo amino de la ZDA se combinacon un grupo hidroxilo de la supercie GO, produciendo una molecula de H2O, que permanece anclada cercade la supercie reducida. Es preciso se~nalar que la adsorcion no disociativa en ZDA/GO5 se acompaña con con una importante transferencia electronica hacia el substrato.