CO 2 adsorption on polar surfaces of ZnO

Physical and chemical adsorption of CO 2 on ZnO surfaces were studied by means of two different implementations of periodic density functional theory. Adsorption energies were computed and compared to values in the literature. In particular, it was found that the calculated equilibrium structure and internuclear distances are in agreement with previous work. CO 2 adsorption was analyzed by inspection of the density of states and electron localization function. Valence bands, band gap and final states of adsorbed CO 2 were investigated and the effect of atomic displacements analyzed. The partial density of states (PDOS) of chemical adsorption of CO 2 on the ZnO(0001) surface show that the p orbitals of CO 2 were mixed with the ZnO valence band state appearing at the top of the valence band and in regions of low-energy conduction band. [Figure not available: see fulltext.] © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Decay of photo-induced conductivity in Sb-doped SnO2 thin films, using monochromatic light of about bandgap energy

Doping tin dioxide (SnO2) with pentavalent Sb5+ ions leads to an enhancement in the electrical conductivity of this material, because Sb5+ substitutes Sn4+ in the matrix, promoting an electronic density increase in the conduction band, due to the donor-like nature of the doping atom. Results of computational simulation, based on the Density Functional Theory (DFT), of SnO2:4%Sb and SnO2:8%Sb show that the bandgap magnitude is strongly affected by the doping concentration, because the energy value found for 4 at%Sb and 8 at%Sb was 3.27 eV and 3.13 eV, respectively, whereas the well known value for undoped SnO2 is about 3.6 eV. Sb-doped SnO2 thin films were obtained by the sol-gel-dip-coating technique. The samples were submitted to excitation with below theoretical bandgap light (450 nm), as well as above bandgap light (266 nm) at low temperature, and a temperature-dependent increase in the conductivity is observed. Besides, an unusual temperature and time dependent decay when the illumination is removed is also observed, where the decay time is slower for higher temperatures. This decay is modeled by considering thermally activated cross section of trapping centers, and the hypothesis of grain boundary scattering as the dominant mechanism for electronic mobility. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hydrogen oxidation on ordered intermetallic phases of platinum and tin - A combined experimental and theoretical study

Hydrogen oxidation on the surfaces of the intermetallic compounds Pt 3Sn, PtSn and PtSn2 has been studied by the rotating disc electrode technique. Pt3Sn and PtSn were found to be good catalysts, about as good as Pt, while PtSn2 was inactive over the investigated range of potentials. Underpotential deposition of hydrogen is observed only on Pt3Sn. These results are explained by theoretical calculations based on a theory developed within our own group, and by density functional theory. © 2012 Elsevier B.V.

Structure control of poly(p-phenylene vinylene) in layer-by-layer films by deposition on a charged poly(o-methoxyaniline) cushion

In this paper, we demonstrate that the intrinsic electric field created by a poly(o-methoxyaniline) (POMA) cushion layer hinders the changes in molecular conformation of poly(p-phenylenevinylene) (PPV) in layer-by-layer with dodecylbenzene sulfonic acid (DBS). This was modeled with density functional theory (DFT) calculations where an energy barrier hampered molecular movements of PPV segments when they were subjected to an electric field comparable to that caused by a charged POMA layer. With restricted changes in molecular conformation, the PPV film exhibited Franck-Condon transitions and the photoexcitation spectra resembled the absorption spectra, in contrast to PPV/DBS films deposited directly on glass, with no POMA cushion. Other effects from the POMA cushion were the reduced number of structural defects, confirmed with Raman spectroscopy, and an enhanced PPV emission at high temperatures (300 K) in comparison with the films on bare glass. The positive effects from the POMA cushion may be exploited for enhanced opto-electronic devices, especially as the intrinsic electric field may assist in separating photoexcited electron-hole pairs in photovoltaic devices. © 2013 American Institute of Physics.

Direct in situ observation of the electron-driven synthesis of Ag filaments on α-Ag2 WO4 crystals

In this letter, we report, for the first time, the real-time in situ nucleation and growth of Ag filaments on α-Ag2 WO4 crystals driven by an accelerated electron beam from an electronic microscope under high vacuum. We employed several techniques to characterise the material in depth. By using these techniques combined with first-principles modelling based on density functional theory, a mechanism for the Ag filament formation followed by a subsequent growth process from the nano-to micro-scale was proposed. In general, we have shown that an accelerated electron beam from an electronic microscope under high vacuum enables in situ visualisation of Ag filaments with subnanometer resolution and offers great potential for addressing many fundamental issues in materials science, chemistry, physics and other fields of science.

Effect of chemical modifications on the electronic structure of poly(3-hexylthiophene)

The widespread use of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) in the active layers of organic solar cells indicates that it possesses chemical stability and solubility suitable for such an application. However, it would be desirable to have a material that can maintain these properties but with a smaller bandgap, which would lead to more efficient energy harvesting of the solar spectrum. Fifteen P3HT derivatives were studied using the Density Functional Theory. The conclusion is that it is possible to obtain compounds with significantly smaller bandgaps and with solubility and stability similar to that of P3HT, mostly through the binding of oxygen atoms or conjugated organic groups to the thiophenic ring. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Strain- and electric field-induced band gap modulation in nitride nanomembranes

The hexagonal nanomembranes of the group III-nitrides are a subject of interest due to their novel technological applications. In this paper, we investigate the strain- and electric field-induced modulation of their band gaps in the framework of density functional theory. For AlN, the field-dependent modulation of the bandgap is found to be significant whereas the strain-induced semiconductor-metal transition is predicted for GaN. A relatively flat conduction band in AlN and GaN nanomembranes leads to an enhancement of their electronic mobility compared to that of their bulk counterparts. © 2013 IOP Publishing Ltd.

Towards an insight on photodamage in hair fibre by UV-light: An experimental and theoretical study

Synopsis: Objectives: In this research, an experimental and theoretical study was conducted to design a photodegradation mechanism of the amino acid tryptophan (Trp) in hair fibres. Methods: For the experimental research, Caucasian hair fibres were exposed to several different solar radiation simulation periods. Then, Trp and its photoproducts (N-formylkynurenine and kynurenine) were assayed by excitation and emission spectroscopic analysis. Results: For the theoretical study, reactions involved in the photodegradation of Trp were evaluated by high-level quantum mechanical calculations in a density functional theory (DFT) framework which indicate a probable Trp degradation mechanism with a minimum expended energy pathway. Conclusion: The biochemistry concerning these reactions is essentially important for a biological system where the degradation of Trp occurs. © 2013 John Wiley & Sons Ltd.

Fabricação e caracterização de filmes finos de perileno: arquitetura molecular e aplicações sensoriais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Métodos periódicos aplicados à determinação e análise de propriedades eletrônicas e elásticas em peroviskitas do tipo BaZrO.3 e BaTiO.3

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

A teoria do funcional da densidade na caracterização de fases intermetálicas ordenadas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Synthesis, X-ray crystal structure and theoretical calculations of antileishmanial neolignan analogues

A síntese e a estrutura cristalina por difração de raios-X de dois análogos de neolignanas, 2-(4-clorofenil)-1-feniletanona (20) e 2-[tio(4-clorofenil)]-1-(3,4-dimetoxifenil)propan-1-ona (12) são descritas. O composto 12 apresenta atividade intracelular contra Leishmania donovani e Leishmania amazonensis de amastigotas que causam a leishmaniose tegumentar e visceral. Além disso, a teoria do funcional de densidade (DFT) com o funcional híbrido B3LYP foi empregado para calcular um conjunto de descritores moleculares para dezenove análogos sintéticos de neolignanas com atividades antileishmaniose. Posteriormente, a análise discriminante stepwise foi realizada para investigar possíveis relações entre a estrutura molecular e atividades biológicas. Por meio dessa análise os compostos foram classificados em dois grupos ativos e inativos de acordo com seu grau de atividade biológica, e as propriedades mais importantes foram as cargas de alguns átomos, a afinidade eletrônica e o ClogP.

Investigação da dinâmica sequêncial Monte Carlo/Mecânica Quântica para sitemas moleculares orgânicos

O principal objetivo deste trabalho é investigar teóricamente as propriedades eletrônicas e óticas de compostos orgânicos em ambiente líquido. A compreensão das interações em sistemas líquidos é muito importante para a descrição de fenômenos em muitas partes da ciência, como Física, Química, Biologia e Materiais, bem como no desenvolvimento de materiais óticos. As flutuações térmicas fazem que inumaram das configurações para os líquidos possam ser gerados. Esta é a razão do comportamento estatístico observado em sistemas líquidos. Considerando estas dificuldades, o tratamento sequencial Monte Carlo / Mecânica Quântica (SMC/QM) é usado neste trabalho. Neste procedimento, a estrutura líquida é gerada primeiramente por simulações clássicas de MC e mais tarde, somente a parte mais importante do sistema é tratada com mecânica quântica. Usando o procedimento acima, os propriedades do quantum o pirazine dimethyl do thiene Methyl da laranja (MO) e do O 2,3-dimetil tieno[3,4-b] pirazina (DTP) foram investigados. O MO é um conhecido indicador de pH e pode ser encontrado sob circunstâncias básicas e acidas. Suas geometrias de mínima energia foram obtidas mediante a Teoria do Funcional da Densidade pelo funcional B3LYP, sendo o sistema descrito pelas bases de Pople com uma função de polarização (6-31G*). Para obter as propriedades médias dos observaveis, cálculos de química quântica foram executados dentro da aproximação semi-empírica de INDO/S-CI. Com respeito ao espectro de absorção, os dados experimentais existentes na literatura científica reportam a existência de uma larga banda localizada na região de baixas energias, mais precisamente entre 400 e 600 nm. Nossos resultados teóricos para a forma alcalina mostram uma transição intensa transição π → π* aproximadamente à 432.4 ± 0.03 nm e, sob condições ácidas, esta transição aparece aproximadamente à 507.4 ± 0.12, 496.4 ± 0.28 ou 545.3 ± 0.10 nm, dependendo da estrutura, mostrando bom acordo com resultados experimentais. O DTP é um sistema particular usado na produção de polímeros de baixo gap. Suas propriedades elétricas e óticas foram obtidas através de um novo procedimento conhecido por Configuração Eletrostática Média do Solvent (ASEC). O procedimento ASEC inclui moléculas do solvente como cargas pontuais e permite o obtenção das quantidades quânticas executando somente poucos cálculos de mecânica quântica. Para o DTP, usando a teoria das perturbações de segunda ordem Mφller-Plesset (MP2) e o conjunto de bases aug-cc-pVDZ, a convergência do momento de dipolo foi alcançada com apenas quatro cálculos de mecânica quântica à 1.16 D, apresentando um aumento de 42% quando comparado ao dipolo isolado. O polarizabilidade corresponde à outra característica elétrica que pôde ser medida. Considerando o mesmo nível empregado ao cálculo do dipolo, o valor médio 132.7 a30 foi observado. A região de mais baixas da energias do espectro de absorption foi investigada também atravé de procedimento de ASEC usando ambos as aproximações, semi-empírico e DFT. Esta região de absorção é motivo de conclusões contraditórias com relação à natureza das transições n → π* e π → π*. Nossos resultados mostram que realmente que essas excitações são realmente observadas simultanemente podendo sobrepôr-se. Como exemplo, nossos resultados para DFT, encontrados usando o funcional B3LYP nos mostra que estas transições aparecem aproximadamente à 360.6 e 351.1 nm.

Estudo do transporte eletrônico em nanoestruturas baseadas em carotenoides e tétrades com fulereno C60

Neste Trabalho é apresentado um estudo teórico da estrutura eletrônica de uma molécula de fulereno C60 com junções em quatro terminais baseados em grupos doadores de elétron – etratiofulvaleno (TTF) – e grupos aceitadores de elétrons – fenilpropanodinila (FPP) e dispositivos moleculares baseados em derivados dos Carotenoides. O mecanismo de transporte investigado para os derivados dos Carotenoides foram utilizados para o melhor entendimento das curvas de Fowler- Nordheim (FN) e Millikan-Lauritsen (ML) para os sistemas baseados em fulereno C60. Em todos os casos foi possível confirmar que a análise empírica de Millikan-Lauritsen (ML) também é suficiente para descrever em todos os aspectos a espectroscopia de voltagem de transição (TVS). Para estudar os sistemas, foram feitas otimizações de geometria sistematicamente e observado uma transferência eletrônica calculada por métodos derivados de Hartree-Fock e Teoria do Funcional Densidade (DFT). Os resultados apresentados mostram um estudo detalhado do rearranjo de carga molecular para a estrutura, que sob a ação de um campo elétrico externo apontou que o transporte de carga está diretamente ligado ao tipo de junção que esse sistema é submetido de forma que a voltagem aplicada é intensa o bastante para criar um potencial de saturação nos sistemas em estudo: fulereno C60 com três terminais de tetratiofulvaleno e um terminal de fenil-propanodinila (C60-(TTF)₃-FPP); fulereno C60 com quatros terminais de fenil-propanodinila (C60-(FPP)₄). Os resultados mostram que se tem um retificador molecular que pode trabalhar corretamente como um retificador macroscópico.

Estrutura eletrônica e propriedades elétricas fotoinduzidas em filmes finos de SnO2 com dopagem de Sb, e formação de heteroestruturas com TiO2

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)