Simulações de carbono grafítico dopado por plasma frio através de cálculos de estrutura eletrônica

Abstract

Materiais de carbono grafíticos dopados com átomos de nitrogênio, enxofre e oxigênio apresentam mudanças significativas em suas propriedades, sendo possível sua aplicação em baterias e supercapacitores. A utilização de plasma frio em atmosferas específicas modifica a superfície das amostras, realizando a dopagem. A partir de cálculos computacionais, o presente trabalho busca determinar a energia de formação de alguns dos defeitos gerados neste tratamento, bem como analisar os efeitos da dopagem no nível de Fermi da estrutura. Compara-se, ainda, resultados obtidos em relação à otimização da geometria e a utilização de SCC (self consistent charge). A energia de formação dos defeitos N=O e C=O foram as de menor valor, indicando que as bordas são mais reativas. A inserção de um defeito no meio da estrutura (como nitrogênio grafítico) altera significativamente a densidade de estados na região do Nível de Fermi.

Carbon graphitic materials doped with nitrogen, sulfur, and oxygen atoms show significant changes in their properties, making their application in batteries and supercapacitors possible. The use of non-thermal plasma in specific atmospheres modifies the samples’ surface, causing the doping. Using computational calculations, the present work seeks to determine the formation energy of some of the defects generated in this treatment, as well as to analyze the effects of doping on the Fermi level of the structure. It also compares the obtained results regarding the geometry optimization and the use of SCC (self consistent charge). The formation energy of the N=O and C=O defects were the lowest ones, suggesting that the edges are more reactive. The insertion of a defect in the middle of the structure (such as graphitic nitrogen) significantly changes the density of states in the Fermi Level region.