00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Tese
Título: Estudos sobre o mecanismo de crescimento de nanoestruturas metálicas em sistemas coloidais através de cálculos de dinâmica molecular
Título(s) alternativo(s): Studies on the growth mechanism of metallic nanostructures in colloidal systems through molecular dynamics calculations
Autor(es): Silva, Jose Adriano da
Primeiro Orientador: Meneghetti, Mario Roberto
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Netz, Paulo Augusto
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Julio Cosme Santos da
metadata.dc.contributor.referee2: Longo, Ricardo Luiz
metadata.dc.contributor.referee3: Moura, André Farias de
metadata.dc.contributor.referee4: Duarte, Hélio Anderson
Resumo: Esta tese de doutorado foram realizados estudos através de simulações de dinâmica molecular (MD) para estudar o mecanismo de crescimento anisotrópico de nanapartículas metálicas. Neste contexto, mais especificamente, três sistemas foram estudados: i) nanobastões de ouro (AuNRs); ii) nanofios de cobre (CuNWs), ambos em meio aquoso; e iii) nanocubos e nanofios de prata (AgNCs e AgNWs, respectivamente) em solução de etileno glicol (EG), empregando surfactantes ou polímeros como agentes de direcionamento do crescimento da nanopartícula (NP). Empregou-se modelos de superfície desses metais em contato com as soluções contendo os direcionadores de crescimento. O projeto de tese teve como objetivo obter informações sobre o mecanismo de crescimento destas nanopartículas metálicas, confrontando os resultados teóricos obtidos com dados experimentais encontrados na literatura e, se for o caso, sugerir novos experimentos. No primeiro grupo de experimentos, foram selecionados parâmetros de simulação de sistemas micelares de brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) em água e adsorvido em superfícies de ouro. Neste caso, foram observadas a formação de estruturas em bicamada de CTAB e de micelas adsorvidas na superfície de ouro. Na sequência, foram elaborados modelos de adsorção em superfícies que representam as laterais e as extremidades dos AuNRs em formação, com inclusão do efeito de curvatura. Nesses estudos, com simulações de umbrella sampling, determinou-se a barreira de energia livre para a passagem de espécies [AuBr2] − até a superfície de ouro através dos canais entre as micelas ancoradas ou a estrutura em bicamada de CTAB. Quanto ao mecanismo de crescimento de CuNWs, mostrou-seque o transporte de íons cloreto pela camada de hexadecilamina (HDA) adsorvida na superfície de cobre é facilitado pela presença da forma protonada de HDA (HDA+). Além disso, verificou-se que as moléculas de HDA podem se adsorver de tal maneira que formam camadas empilhadas de HDA paralelas à superfície de cobre. Esse resultado explica, de certa forma, o transporte das espécies Cu(I) para a superfície do CuNW em crescimento, formando complexos (HDA)2CuCl2. Por fim, com os resultados obtidos na Síntese com Poliol de AgNCs e AgNWs, verificou-se que a camada de polivinilpirrolidona (PVP) tende a se compactar na superfície da Ag. Verificou-se também que a presença de moléculas de NO na solução provocam a expansão da estrutura compacta de PVP, o que implica em novos aspectos no entendimento do mecanismo de Síntese por Poliol.
Abstract: This doctoral thesis was carried out through simulations of molecular dynamics (MD) to study the anisotropic growth mechanism of metallic nanaparticles. In this context, more specifically, three systems were studied: i) gold nanorods (AuNRs); ii) copper nanowires (CuNWs), both, in an aqueous medium; and iii) nanocubes and silver nanowires (AgNCs and AgNWs, respectively) in solution of ethylene glycol (EG), using surfactants or polymers as agents to direct the growth of the nanoparticle (NP). Surface models of these metals in contact with the solutions containing the growth drivers were used. The thesis project aimed to obtain information about the growth mechanism of these metallic nanoparticles, comparing the theoretical results obtained with experimental data found in the literature and, if applicable, suggesting new experiments. In the first group of experiments, simulation parameters of micellar systems of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) in water and adsorbed on gold surfaces were selected. In this case, the formation of CTAB bilayer structures and adsorbed micelles on the gold surface was observed. Subsequently, adsorption models on surfaces that represent the sides and ends of the AuNRs in formation, including the curvature effect, were elaborated. In these studies, with umbrella sampling simulations, the free energy barrier for the passage of species [AuBr2] − up to the gold surface through the channels between the anchored micelles or the CTAB bilayer structure was determined. As for the CuNWs growth mechanism, it was shown that the transport of chloride ions through the hexadecylamine layer (HDA) adsorbed on the copper surface is facilitated by the presence of the protonated form of HDA (HDA+). In addition, it has been found that HDA molecules can adsorb in such a way that They form stacked layers of HDA parallel to the copper surface. This result explains, in a way, the transport of Cu(I) species to the growing CuNW surface, forming (HDA)2CuCl2 complexes. Finally, with the results obtained in the Synthesis with Polyol of AgNCs and AgNWs, it was found that the layer of polyvinylpyrrolidone (PVP) tends to compact on the surface of the Ag. It was also verified that the presence of NO molecules in the solution provoke the expansion of the compact PVP structure, which implies new aspects in the understanding of the Polyol Synthesis mechanism.
Palavras-chave: Dinâmica molecular
Nanopartículas metálicas
Ouro – nanopartículas
Cobre – nanofios
Nanopartículas, crescimento de
Molecular dynamics
Metalnanoparticles
Gold nanorods
Copper nanowires
Silver nanowires
Silver nanocubes
Nanoparticle growth mechanism
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia
Citação: SILVA, José Adriano da. Estudos sobre o mecanismo de crescimento de nanoestruturas metálicas em sistemas coloidais através de cálculos de dinâmica molecular. 2020. 123 f. Tese (Doutorado em Ciências) – Instituto de Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8670
Data do documento: 27-jul-2020
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