Modelo Teórico do Nanocompósito SnO2@Polianilina

Abstract

As recentes questões climáticas e elevados níveis de poluição trazem a necessidade de desenvolver novos materiais para o tratamento de águas residuais. Neste trabalho propõe-se o nanocompósito formado por dióxido de estanho, SnO2, e polianilina (PANI) como material fotocatalisador para emprego em processos oxidativos avançados. Assim, métodos teóricos são empregados com o objetivo de compreender as suas propriedades físico-químicas relacionadas com a fotodegradação. O material é investigado através da Teoria de Funcional da Densidade, condições periódicas de contorno, adotando o funcional PBE-GGA e aplicando correções em DFT-D3 para evidenciar as interações de van der Waals, utilizando o software Quantum Espresso. A energia de cutoff e os k-points do SnO2 e PANI, separadamente, foram determinados em 80 Ry e 5x5x8 e 80 Ry e 6x1x1, respectivamente. Para melhor compreender as características eletrônicas, a densidade de estados e estrutura de bandas foram investigadas, além dos fônons no ponto Γ e no caminho de alta simetria tetragonal na zona de Brillouin para o SnO2 . Para a PANI, os fônons foram calculados no ponto Γ(0.0.0) com tratamento das vibrações em transformações reais de bandas espectrais para gerar a simulação de espectro FTIR, que se mostra em excelente acordo com o espectro experimental. A célula contendo o óxido foi expandida em (3x3x1) e (3x3x2) nas direções x, y e z, respectivamente, para o ancoramento do polímero, tratando as superfícies com espessuras de 2 e 4 camadas atômicas de óxido de estanho, para formação de um cristal quasi-2d. Essa expansão foi resultado da otimização de geometrias na célula unitária fixada, visando obter a previsão da energia de formação do compósito em função do aumento de slab do SnO2 e inferir acerca da melhor descrição microscópica do nanomaterial. Os resultados sugerem o ancoramento do polímero com distância de aproximadamente 1,69 Å em NH–O(SnO2) com espessura de 2 camadas atômicas e 1,62 Å para o slab com espessura de 4 camadas atômicas, ambos evidenciando a formação do compósito SnO2@PANI. As energias de formação foram, respectivamente, -53,34 e -66,70 kcal/mol. Este trabalho, finalmente, traz a primeira descrição microscópica do nanocompósito e os resultados corroboram que este material demonstra promissora propriedade fotocatalítica