Estudio teórico de la estructura electrónica en nanotubos de carbono dopados con metales de transición

Abstract

Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas de red hexagonal, formado por átomos de carbono con hibridación sp2. Las propiedades que poseen son únicas y lo convierte en uno de los materiales más codiciados en áreas de las ciencias puras y aplicadas. No obstante, sus comportamientos electrónicos intrínsecos pueden modificarse mediantes la incorporación de átomos en su estructura. En vista de ello, se planteó un estudio computacional de la adsorción de átomos metálicos (Fe, Co, Ni, Cu, Ag y Au) en nanotubos de carbono no quirales. Dicho estudio se desarrolló mediante un modelo reducido de nanotubos de carbono usando un método hibrido de teoría del funcional de la densidad (B3PW91) y un conjunto base pseudopotencial (LANL2dz). Se determinaron valores de parámetros estructurales, análisis de NBO, isosuperficies del orbital HOMO con potencial electrostático, energía de la brecha de conducción, energía de adsorción e índices de reactividad global y local (potencial químico, dureza química, electrofilicidad e isosuperficies de las funciones de Fukui). Los nanotubos de carbono mostraron cambios característicos a medida que se incrementan sus diámetros. Para incrementos mayores en los índices de Hamada (n> 13), los nanotubos de carbonos zigzag no muestran variaciones estructurales significativas, lo que sugiere que pueden tener un comportamiento de láminas de grafeno con una ligera curvatura. Los nanotubos zigzag mostraron ser más reactivos que los armchair. Los metales utilizados mostraron interacciones electrónicas en los distintos nanotubos, dependiendo la intensidad de dos factores: la locación en donde se adsorbe el metal y la disponibilidad de aceptar densidad electrónica en los orbitales d del metal. Las adsorciones más fuertes se llevaron en los nanotubos zigzag. No obstante, se observaron interacciones de este tipo en algunos nanotubos armchair dopados. Los dopados con hierro y níquel mostraron las adsorciones más fuertes en las posiciones B y C, siendo mayores en la posición B debido a que es la zona con mayor densidad electrónica. Los distintos dopados con hierro y níquel disminuyeron la brecha de energía en casi todas las estructuras prístinas utilizadas. Las distintas propiedades de reactividad química (global y local) dependen de la forma en que se distribuye la densidad electrónica en los distintos nanotubos.