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dc.contributor.authorSantos, Uallisson Silva
dc.date.accessioned2018-05-21T14:22:41Z
dc.date.available2018-05-21T14:22:41Z
dc.date.issued2018-04-03https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/6933/workflow?workflowID=3814
dc.identifier.citationSANTOS, Uallisson Silva. Estudo computacional das interações entre nanopartículas de dióxido de titânio envolvidas no processo de coalescência orientada. 2018. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10078.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10078
dc.description.abstractExperimental and theoretical studies have shown that the aggregation of TiO2 anatase nanoparticles (NPs) occurs with preferential crystallographic orientation by the so-called oriented attachment mechanism (OA). The growth by this process has shown to be important to control the shape of several nanostructured materials, so that one intends to understand the fundamentals of that phenomenon. This way, it has been proposed the construction of realistic models describing the interaction between anatase NPs from a thermodynamic point of view. Five models have been studied, all of them exhibiting a bipyramid truncated morphology with eight (101) facets and two (001) facets, according to Wulff projection. The interactions between the NPs studied have been described by a classical force field comprising Coulomb and Buckingham potentials. Although the size of the models and the numerical efficiency allowed a direct simulation with either Molecular Dynamics or Monte Carlo, preliminary investigations of the potential energy surface revealed multiple minima separated by high barriers of energy, leading to trapped NPs in local minima with a restricted sampling of the available phase space. Thus, an alternative approach has been employed in order to study a thorough and uniform sampling of the space phase, which amounts to the calculation of the partition function of the system. With this procedure it was possible to investigate the profile of energy involved in the process of oriented attachment between the NPs and localize the most and least favorable combinations among their different geometric elements (facets, edges and corners). The obtained results reveal that the combination of two (101) facets represents the most favorable interaction for a dimer of TiO2 anatase NPs. Since experimentally the oriented attachment occurs more commonly on (001) facets than on (101) facets for Wuff-shaped anatase NPs, these results suggest that the NPs are kinetically trapped on local minima separated by high activation energy, since there is a thermodynamic tendency to achieve the global minimum, which corresponds to an interaction between two (101) facets. It has been also observed that border effects due to edges and corners are important for the process of aggregation of nanoparticles, influencing the relative stability of the possible configurations for the system. Furthermore, the process is dominated by interaction energy, since the entropy does not play an important role in the process of coalescence of the studied particles.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectCoalescência orientadapor
dc.subjectAnatasepor
dc.subjectQuímica Teóricapor
dc.subjectTermodinâmica estatísticapor
dc.subjectOriented attachmenteng
dc.subjectAnatase nanoparticleseng
dc.titleEstudo computacional das interações entre nanopartículas de dióxido de titânio envolvidas no processo de coalescência orientadapor
dc.title.alternativeComputational study of the interactions between titanium dioxide nanoparticles involved in the oriented attachment processeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Moura, André Farias de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0746428641961163por
dc.description.resumoEstudos experimentais e teóricos têm mostrado que a agregação de nanopartículas (NPs) de TiO2 anatase ocorre com orientação cristalográfica preferencial pelo mecanismo de coalescência orientada (OA). O crescimento por esse processo tem se mostrado importante no controle da forma de vários materiais nanoestruturados, de modo que se pretende compreender os fundamentos que permeiam o referido fenômeno. Assim, foi proposta a construção de modelos realistas que descrevessem a interação entre nanopartículas de dióxido de titânio na fase anatase, a partir do ponto de vista termodinâmico. Cinco modelos de nanopartículas de tamanhos variados foram estudados, todos exibindo uma morfologia de uma bipirâmide truncada com oito faces (101) e duas faces (001), de acordo com a projeção de Wulff. As interações entre as NPs estudadas foram descritas por um campo de força clássico composto pelos potenciais de Coulomb e Buckingham. Embora os tamanhos dos modelos e a eficiência numérica permitissem uma simulação direta via Dinâmica Molecular ou Monte Carlo, resultados preliminares da superfície de energia potencial revelaram múltiplos mínimos separados por altas barreiras de ativação, conduzindo a dímeros de nanopartículas presos em mínimos locais com uma restrita amostragem do espaço de fase. Assim, uma abordagem alternativa foi empregada a fim de estudar uma detalhada e uniforme amostragem do espaço de fase disponível, correspondendo ao cálculo da função de partição do sistema. Esse procedimento permitiu investigar os perfis de energia livre envolvidos no processo de coalescência entre as NPs e localizar as combinações mais e menos favoráveis entre seus diferentes elementos geométricos (faces, arestas e vértices). Os resultados obtidos revelam que a combinação de duas faces (101) representa a interação mais favorável para um dímero de nanopartículas de TiO2 anatase. Uma vez que experimentalmente o processo de oriented attachment ocorre com maior frequência na face (001) para nanopartículas com morfologia de uma bipirâmide truncada, esses resultados sugerem que as nanopartículas estão cineticamente presas em mínimos locais separados por altas barreiras de ativação, já que o sistema tem uma tendência termodinâmica de agregar entre duas faces (101). Foi também observado que os efeitos de bordas devido aos vértices e arestas são importantes no processo de agregação das nanopartículas, influenciando na estabilidade relativa das conformações possíveis para a agregação. Além disso, o processo é inteiramente dominado pela energia de interação, já que a entropia não tem um papel importante na coalescência das partículas estudadas.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICApor
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2169792923949998por


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