Estudio DFT de la cinética de apertura de nanotubos de carbonos para dar nanocintas de grafeno con bordes funcionalizados

GUILLERMINA LETICIA LUQUE; MARIANA ISABEL ROJAS; EZEQUIEL PEDRO MARCOS LEIVA

Córdoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

AAIFQ

ESTUDIO DFT DE LA CINÉTICA DE APERTURA DE NANOTUBOS DE CARBONO PARA DAR NANOCINTAS DE GRAFENO CON BORDES FUNCIONALIZADOS     Guillermina L. Luque, Mariana I. Rojas y Ezequiel P.M. Leiva   Departamento de Matemática y Física, INFIQC - Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Ciudad Universitaria, 5000 Córdoba, Argentina. mrojas@fcq.unc.edu.ar   Introducción El progreso en la síntesis de nanotubos de carbono (NTC) ha facilitado el estudio de sus propiedades y aplicaciones. Luego de la síntesis, los NTC se encuentran ordenados en manojos, por lo cual se los debe pretratar en medio ácido para mejorar su solubilidad. Durante este proceso se generan defectos de borde y superficiales, además de su funcionalización con grupos carboxilos. En relación con esto, recientemente hemos estudiado mediante cálculos de Teoría de Densidad Funcional (DFT) la actividad catalítica de láminas de grafeno funcionalizadas con grupos carboxilos para la reducción de peróxido de hidrógeno [1]. Los cálculos DFT demostraron ser de utilidad a los fines de comprender la actividad generada por la funcionalización de las superficies. El grafeno, el cual puede ser obtenido a partir de NTC, ha atraído una atención considerable ya que presenta propiedades únicas lo que en su conjunto lo hace un material muy atractivo como alternativa a los nanotubos de carbono. Kosynkin et al. [2] lograron la apertura longitudinal de NTC de pared múltiple empleando un tratamiento químico con una solución de permanganato de potasio en medio ácido para obtener nanocintas de grafeno. Objetivos El presente trabajo tiene como objetivo estudiar el mecanismo de apertura del NTC para obtener grafeno mediante cálculos DFT empleando el programa SIESTA [3]. Resultados Para estudiar el mecanismo y la cinética del proceso de apertura de los NTC se trabajó con NTC tipo arm-chair y tipo zig-zag con distintos radios, los cuales se representaron mediante láminas corrugadas de 64 átomos de carbono y condiciones periódicas de contorno. En la determinación de los mínimos locales, se empleó el algoritmo de Gradientes Conjugados (CG). Para estudiar la cinética de apertura, se determinaron los caminos de mínima energía para la oxidación del NTC y las barreras de energías empleando el método de la banda elástica (NEB) [4]. Se observó que la energía de adsorción del permanganato aumenta al disminuir la curvatura del nanotubo, mientras que la energía de enlace de los grupos cetonas disminuye debido a un desfavorable cambio estructural que los acerca y aumenta la repulsión entre ellos. También se estudió la termodinámica y cinética del mecanismo de oxidación. Conclusiones La apertura involucra el fenómeno de adsorción del  y oxidación de la superficie generando la formación de una diona y un hueco, la cual depende del radio del NTC. Referencias bibliográficas [1] G.L. Luque, M.I. Rojas, G.A. Rivas, E.P.M. Leiva, Electrochimica Acta 56 (2010) 523. [2] D. V. Kosynkin, A.L. Higginbotham, A. Sinitskii, J. R. Lomeda, A. Dimiev, B.K. Price, J.M. Tour, Nature 458 (2009) 872. [3] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. Phys.: Condens. Matter 14 (2002) 2745. [4] G. Henkelman, B.P. Uberuaga, H. Jonsson, J. Chem. Phys. 113 (2000) 9901.