Análise conformacional e propriedades eletrônicas de nanoestruturas BᵪCᵧNz.

Abstract

Desde a descoberta dos nanotubos BᵪCᵧNz em 1994, vários estudos teóricos e experimentais desses materiais ternários BᵪCᵧNz têm sido relatados. Os nanotubos de carbono são geralmente tratados como semicondutores ou metais unidimensionais, dependendo de seu diâmetro e quiralidade. Trabalhos teóricos e experimentais têm mostrado que os nanotubos de nitreto de boro são semicondutores caracterizados por um largo gap de energia de cerca de 5,5 eV, independente de seu raio e de sua helicidade. Cálculos de química quântica da estabilidade estrutural e das propriedades eletrônicas dessas estruturas ternárias revelaram que as propriedades eletrônicas de nanotubos BᵪCᵧNz podem ser ajustadas simplesmente mudando sua composição e configuração atômica. Estas características fazem com que nanotubos BᵪCᵧNz possam ser úteis em aplicações tecnológicas onde os nanotubos de carbono e de nitreto de boro são inadequados. No presente trabalho, usando o método de química quântica semiempiríco Austin Method 1 (AM1), foi calculada a geometria de nanotubos BᵪCᵧNz com diferentes quiralidades, estequiometrias e diâmetros. Alguns arranjos atômicos e composições químicas (BCN, B3C2N3 e BC2N) de estruturas tubulares BᵪCᵧNz propostas na literatura foram analisados. Análises da entalpia associada à incorporação de pares BN, em função do diâmetro do nanotubos, indicaram que essa energia depende fortemente do diâmetro do tubo e da distribuição atômica B – C - N nas estruturas tubulares. Nossos resultados sugerem que tubos BᵪCᵧNz de pequeno diâmetro são mais facilmente dopados pelos pares BN do que os nanotubos maiores. Mudanças nas propriedades eletrônicas, devidas à incorporação de boro-nitrogênio na rede hexagonal de carbono também foram analisadas. As estruturas eletrônicas das moléculas otimizadas foram obtidas através da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) com o funcional BLYP na base 6-31-G. Comparando os resultados para a densidade de estados eletrônicos (DOS), concluímos que o bandgap dos nanotubos BᵪCᵧNz dependem da composição química e do arranjo atômico de átomos B,C, e N na estrutura tubular.