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Type: Dissertação
Title: Avaliação da estrutura e adsorção de espécies sulfuradas no sistema CuCl2@UiO-66(Zr)
Author: Marques, Amanda Cota
First Advisor: Leitão, Alexandre Amaral
Referee Member: Abreu, Heitor Avelino de
Referee Member: Andrade, Gustavo Fernandes Souza
Resumo: Cálculos de primeiros princípios em condições de contorno periódicas baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) foram realizados para investigar a adsorção de água, etanol, dióxido de carbono e de compostos sulfurados (H2S, COS, EtSH, Et-S-Met, DMDS, Et-S-S-Et) no sistema CuCl2@UiO-66(Zr). Primeiramente, a posição preferencial de um fragmento de cloreto de cobre na estrutura da MOF UiO-66(Zr) foi avaliada, onde o modelo selecionado para a estrutura dopada com o fragmento mostrou boa concordância com parâmetros experimentais da MOF. Cálculos de estrutura eletrônica (diferença de densidade de carga, cargas de Bader, pDOS, estrutura de bandas) foram realizados a fim de avaliar propriedades do material e auxiliar na escolha de sítios para a adsorção das moléculas nas cavidades da estrutura. Para os cálculos, foi utilizado o funcional PBE-GGA e a correção de Grimme DFT-D3. Essa variável é uma ferramenta essencial para a descrição de interações de dispersão, como é o caso de moléculas adsorvidas em materiais porosos. O átomo de cobre apresenta elétrons d fortemente correlacionados, e por isso, um estudo metodológico da incorporação da correção de Hubbard também foi implementado. A investigação das propriedades estruturais e eletrônicas evidenciaram que o uso da correção não alterou de forma significativa os resultados dos cálculos, e portanto, a correção de Hubbard não foi utilizada no estudo das interações adsorvato-adsorvente. As energias de adsorção das moléculas na MOF UiO-66(Zr) e no sistema CuCl2@UiO-66(Zr) foram calculadas considerando-se as moléculas no estado gasoso. Foi possível determinar a ordem de seletividade para os dois materiais baseando-se nos valores das energias, onde foi observada uma melhora considerável das energias de adsorção de todas as moléculas estudadas com a presença do fragmento de cloreto de cobre na MOF. Os resultados indicam que tanto a UiO-66(Zr) quanto o sistema CuCl2@UiO-66(Zr) podem ser utilizados como potenciais adsorventes seletivos dos compostos sulfurados DMDS, Et-S-S-Et, e Et-S-Met na presença de CO2 e vapor d’água, sendo que a estrutura dopada com o fragmento de cloreto de cobre apresentou energias de adsorção mais favoráveis.
Abstract: First principles calculations on periodic boundary conditions based on Density Functional Theory (DFT) were performed to investigate the adsorption of water, ethanol, carbon dioxide and sulfur compounds (H2S, COS, EtSH, Met-S -Et, DMDS, Et-S-S-Et) in the CuCl2@UiO-66(Zr) system. Firstly, the preferential position of a copper chloride fragment in the structure of the UiO-66(Zr) MOF was evaluated, where the model selected for the structure doped with the fragment showed good agreement with experimental parameters of the MOF. Electronic structure calculations (charge density difference, Bader charges, pDOS, band structure) were performed in order to evaluate the material properties and assist in choosing sites for the adsorption of molecules in the structure cavities. For the calculations, the GGA-PBE functional and the Grimme DFT-D3 correction were used. This last variable is an essential tool for describing dispersion interactions, as is the case of molecules adsorbed on porous materials. The copper atom has strongly correlated d electrons, and therefore, a methodological study of incorporating the Hubbard correction was also implemented. The investigation of structural and electronic properties showed that the use of the correction did not significantly alter the results of the calculations, and as a result, the Hubbard correction was not used in the study of adsorbate-adsorbent interactions. The adsorption energies of the molecules in the UiO-66(Zr) MOF and in the CuCl2@UiO-66(Zr) system were calculated considering the molecules in the gaseous state. It was possible to determine the order of selectivity for the two materials based on the calculated adsorption energies, where a considerable improvement in the adsorption energies of all molecules studied was observed with the presence of the copper chloride fragment in the MOF. The results indicate that both UiO-66(Zr) and the CuCl2@UiO66(Zr) system can be used as potential selective adsorbents for the sulfur compounds DMDS, Et-S-S-Et, and Met-S-Et in the presence of CO2 and water vapor, with the structure doped with the copper chloride fragment showing more favorable adsorption energies.
Keywords: MOF
Adsorção
Teoria do funcional da densidade
Adsorption
Density functional theory
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16976
Issue Date: 20-Feb-2024
Appears in Collections:Mestrado em Química (Dissertações)



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