Adsorción de diferentes especies de dopamina sobre óxido de grafeno: un estudio DFT

L. A. MEIER ; N. F. DOMANCICH ; N. J. CASTELLANI ; A. C. ROSSI FERNÁNDEZ ; S. A. FUENTE

Bahía Blanca

Jornada; IX Jornadas Abiertas de Física; 2018

Departamento de Física - Universidad Nacional del Sur

Actualmente uno de los métodos más utilizados para producir láminas de grafeno con fines tecnológicos se basa en la reducción de óxido de grafeno (GO) mediante métodos térmicos o químicos. Las láminas de GO presentan en su superficie predominantemente grupos epoxi e hidroxilo y en los bordes se encuentran también grupos carbonilo y carboxilo [1]. Entre los reductores químicos utilizados, se demostró que la dopamina actúa menos severamente que otros como la hidracina o NaBH4 [2]. En el presente trabajo se estudia teóricamente la adsorción de diferentes formas de la dopamina (DA): dopamina neutra (NDA), dopamina zwitteriónica (ZDA), dopamina protonada (DAP) y dopamina desprotonada (DADP), sobre una superficie modelo de GO con un grupo epoxi o un grupo hidroxilo en el plano basal de este material. Los cálculos se realizaron en el marco de la teoría del funcional de la densidad (DFT), empleando el programa VASP (Vienna Ab-initio Simulation Program). Se incluyeron efectos dispersivos mediante el método DFT-D2 de S. Grimme. Las geometrías estudiadas corresponden a diferentes acercamientos de las especies de DA al grupo epoxi o al grupo hidroxilo del GO, aproximándose a través del anillo aromático, del grupo amino o de los grupos hidroxilos de la molécula de DA. La adsorción resulta ser siempre exotérmica en el caso de ZDA y DAP, pero en el caso de NDA y DADP se observan estados de tipo endotérmico. En general las moléculas de ZDA y DAP son mucho más reactivas que las de NDA y DADP. Cuando el grupo amino de ZDA o DAP está próximo al epoxi se produce la ruptura de un enlace N-H y la formación de un hidroxilo superficial. Por otra parte el acercamiento del grupo amino de ZDA o DAP a un hidroxilo termina en la formación de una molécula de agua. Dicha molécula queda atrapada en las cercanías de ZDA o DAP desprotonadas, mediante la formación de uniones puente de hidrógeno. Si bien hay una importante contribución de fuerzas dispersivas en la estabilización de todas las moléculas, en el caso de ZDA y DAP la fuerza del enlace con la superficie es compatible con la presencia de una atracción coulombiana adsorbato-substrato, como consecuencia de una transferencia electrónica de la molécula hacia el substrato.