Estudo primeiros princípios de adsorção de lítio em um sistema de nanotubos de carbono fulereno hibrido
Foi feita uma investigação entre nanotubos de
carbono de parede simples (NTCPS) e fulerenos (C60) combinados com o
lítio (Li) que possui uma alta energia de adsorção no sistema hibrido NTC-C60
ao que parece ser maior do que os NTCPS puro. Nesse sistema NTCPS-C60
há uma baixa possibilidade de formação de cluster já que a ligação Li-Li é
menos favorável do que a adsorção de Li no sistema NTC-C60 .
Os ânodos de carbono (C) de grafite são muito
estudados para aplicação da bateria de íons de Li, pois são muito seguros e
eficientes no ciclo de emissão. Para melhorar a capacidade de adsorção do Li os
eletrodos a base de C tem sido considerados como candidatos promissores devido
as suas excelentes propriedades elétricas e mecânicas bem como a sua vasta área
de superfície. A escolha de um novo sistema hibridado consiste em NTCPS metálico
e C60 semicondutor para melhorar o desempenho em relação a adsorção
de Li sem adotar processos deteriorados bem como a obtenção de melhores
propriedades eletroquímicas. Além de investigar as propriedades eletrônicas do
sistema de NTC-C60 hibridizado será útil porque essa forma de
sistema misto pode ser produzido involuntariamente no meio de processos tais
como peapod e nanobuds.
Esse sistema faz uso de C60 como
aceitador de elétrons a partir do uso se Li e NTC como canal de transporte de
carga ao longo do eletrodo. Foram usados no estudo os primeiros princípios de
métodos computacionais especificamente a teoria funcional da densidade, método
mais eficiente para cálculo das propriedades eletrônicas e estruturais do
estado fundamental. Este método foi usado para investigar as características
eletroquímicas, tais como a capacidade de adsorção e transferência de carga do
sistema hibrido NTC-C60. O sistema escolhido consiste em um tubo
metálico, porque o interesse do estudo é a capacidade de condução de elétrons
de NTC metálico para a aplicação de eletrodo de Li. Os nanotubos de carbono de
parede simples metálico foi selecionado, pois é útil para determinar as
propriedades eletrônicas de várias configurações que contém diversos átomos de
Li.
A energia de adsorção e as propriedades
eletrônicas do sistema NTC-C60 foram comparados com os metálicos
puros (5,5) NTC e o C60 cúbica de face centrada e estrutura
cristalina.
A geometria do sistema NTC-C60 hibrido
foi totalmente otimizado antes de adicionar os átomos de Li nele. Nessas estruturas
de banda os níveis d Fermi são deslocados para de localizado em 0 eV.
As estruturas de banda do sistema são
semelhantes a do sistema de peapod, uma vez que ambos os sistemas consistem em
NTC e C60 resultando em algumas transferências de carga, no entanto
a extensão da hibridização é menor nos NTC-C60 sistema hibrido que
na peapod devido a fraca interação
entre cada um dos componentes no sistema anterior.
A adsorção de Li em várias posições sobre o sistema
NTC-C60 hibrido mostram que o átomo de Li é adsorvido na lateral no
NTC (sistema hibrido) e C60 (C60 hibrido)
respectivamente. O estudo mostra que a quantidade de transferência de carga em
adsorção de Li@NTC hibrido é maior do que no sistema de NTCPS puro o que era
esperado uma vez que o sistema hibrido tem uma afinidade maior por elétrons,
devido a presença de C60 em relação ao NTCPS puro. A energia de
adsorção de Li é calculado como -1.802 eV para o NTC@hibrido e -2.110 eV para o
C60@ hibrido que é
maior que os NTCPS puro que é -1.720 eV. Este resultado demonstra que a
capacidade do sistema hibrido é superior aos NTCPS puro.
Subsequentemente
a este primeiro átomo de Li é adicionado um outro átomo perto do local adsorção
do primeiro átomo de Li a fim de investigar o mecanismo de adsorção de Li no
sitema hibrido, os átomos de Li permanecem como um átomo individual isolado
adsorvido uma vez que a energia de ligação Li-C é maior do que a energia de
ligação Li-Li. A energia de adsorção do segundo átomo de Lié calculado como
-1.864 eV (o local NN do sítio pentagonal) para o sítio hexagonal e -2.312 eV
para o sìtio pentagonal ( o local NNN do sítio) ao que parece indicar que a
adsorção de Li terá lugar usando o sítio NNN do pentagono para C60. O
ponto mais visível destas estruturas de banda é a de que a energia disponível
nas bandas em torno do nível de Fermi esta significativamente aumentada no
sistema de NTC- C60 o que implica que a adsorção de li melhora com o
caráter metálico do sistema. Esse reforço do caráter metálico poderia aumentar
a propriedade de transporte de elétrons.
Embora
se verifique que esse sistema hibrido retém as características dos seus
componentes, tais como o NTC e o C60 na estrutura eletrônica,
observou-se as cargas são transferidas do NTC para o C60 tornando o
NTC de carga positiva (0,0955e) e o C60 carregado negativamente
(-0,0955e).
Como
consequência a energia de adsorção do Li no sistema hibrido é maior do que no
NTCPS puro e menor do que no C60 puro. Além disso uma vez que que
estas energias de adsorção são sempre maiores do que a energia de ligação Li-Li
é termodinamicamente provável que os atomos de Li não formem aglomerados, a
menos que todos os sítios disponíveis sejam ocupados por átomos de Li.
Concui-se
que este novo NTC- C60 material hibrido deverá melhorar as
propriedades eletroquímicas para NTC puro através dos recursos avançados da
adsorção do Li.
Alessandra
Schmidt
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