Ciência para a Redução das Desigualdades
16 a 18 de outubro de 2018
Trabalho 11043
| ISSN | 2237-9045 |
|---|---|
| Instituição | Universidade Federal de Viçosa |
| Nível | Graduação |
| Modalidade | Pesquisa |
| Área de conhecimento | Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Área temática | Química teórica e experimental |
| Setor | Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Bolsa | PIBIC/CNPq |
| Conclusão de bolsa | Sim |
| Apoio financeiro | CNPq |
| Primeiro autor | Izabel Cristina Pessoa |
| Orientador | PABLO DAMASCENO BORGES |
| Título | Estudo teórico de propriedades eletrônicas do TiO2 Anatase dopado com nióbio |
| Resumo | O dióxido de titânio (TiO2) é um óxido semicondutor do tipo n, pertencente à família dos Óxidos Condutores Transparentes (TCO – transparent conducting oxides). Na natureza, o TiO2 pode ser encontrado em três fases polimorfas diferentes: anatase, rutila e brookita. Este trabalho apresenta resultados do estudo teórico das propriedades estruturais e eletrônicas do TiO2 puro e dopado com nióbio (Nb) na fase anatase, com foco em aplicações tecnológicas diversas, tais como, célula solar, sensores de gás, termoelétricas, entre outras. As análises dos sistemas estudados foram realizadas através de cálculos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementada no pacote computacional VASP (Vienna Ab initio Simulation Package). Para o termo de troca-correlação foi utilizada a aproximação GGA (Gradient Generalized Approximation) - PAW-PBE com a adição da energia de interação coulombiana, correção de Hubbard (GGA+U), para o estado Ti-3d, e para o potencial modificado Becke-Johnson potential (GGA+mBJ). Para os critérios de convergência foram considerados energia de corte de 400 eV e forças residuais menores que 10 meV/Å. Para simular a impureza do nióbio (Nb) no cristal de dióxido de titânio (TiO2) foi utilizada uma supercélula de 48 átomos, onde um átomo de titânio (Ti) foi substituído por um átomo de nióbio (Nb), representando uma concentração de 6,25% da impureza. Para a descrição do sistema na primeira zona de Brillouin foram utilizados a abordagem Monkhorst-Pack para os pontos k’s, com mesh de 4x4x2 para a célula unitária e 2x2x1 para a supercélula. As distribuições da camada de valência dos pseudopotenciais das espécies atômicas foram: Ti 3d2 4s2, O 2s2 2p4 e Nb 4d4 5s1. Os resultados estruturais para os parâmetros de rede força a = b = 3.7845Å, c = 9.5143Å mostraram boa concordância com valores experimentais, a = b = 3.7850Å, c = 9.5140Å. O estudo das estruturas de bandas e das densidades de estados do TiO2 dopado mostram que o nióbio (Nb) adiciona níveis rasos com caráter d no fundo da banda de condução, reforçando o caráter n do sistema, além de promover aumento na largura da banda de valência. Os cálculos realizados com as aproximações GGA+mBJ e GGA+mBJ+U apresentaram os melhores resultados para o gap de enegia, 3,46 eV e 3,03 eV, respectivamente, quando comparado com o valor experimental igual a 3,20 eV. |
| Palavras-chave | TiO2 anatase+Nb, DFT, estudo teórico |
| Forma de apresentação..... | Oral |