Estudo teórico da adsorção de monômeros derivados de tiofeno em grafeno

Abstract

O grafeno é um semicondutor inorgânico com interessantes propriedades físicas e químicas. Ele foi consolidado como um importante material funcional para aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos. De outra forma, os semicondutores orgânicos receberam destaque devido a vantagens como flexibilidade química e mecânica, compatibilidade com substâncias plásticas e custo relativamente baixo. Neste contexto, os derivados de tiofeno desenvolvem um papel crucial. O tiofeno é uma importante molécula heterocíclica aromática, com grande variabilidade de potenciais grupos substituintes, o que torna seus derivados excelentes componentes ativos para dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos orgânicos. De acordo com a literatura, semicondutores híbridos inorgânico/orgânico apresentam características melhoradas em comparação aos materiais isolados. Assim, para estudar um modelo híbrido inorgânico/orgânico de semicondutor por cálculos de primeiros princípios, considerou-se a adsorção simultânea de pares de tiofeno, ambos não substituídos ou ambos substituídos, em uma única folha de grafeno. Para os derivados, foi utilizado um monômero de tiofeno funcionalizado com um grupo liberador de carga (N(CH3)2) e um monômero com um grupo de remoção de carga (NO2). Os cálculos de primeiros princípios foram realizados usando a teoria do funcional da densidade (DFT), conforme implementado no pacote VASP. As funções de onda e pseudopotenciais foram gerados dentro do projetor de onda aumentada (PAW). Efeitos de troca e correlação e forças de van der Waals (vdW) foram tratados na aproximação de gradiente generalizado (GGA) usando o funcional optB86b-vdW. De acordo com os resultados, não há mudança significativa nas propriedades geométricas quando os sistemas de tiofeno e grafeno estão isolados ou adsorvidos. A análise da densidade diferencial de carga (DCD) mostrou um pequeno aumento da densidade eletrônica entre os sistemas adsorvidos. Por fim, a densidade de estados (DOS) e as estruturas da banda mostraram que a adsorção não afeta significativamente a estrutura eletrônica do grafeno, indicando uma adsorção física muito fraca.