Aplicação da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e da Teoria Quântica de Átomos e Moléculas (QTAIM) no entendimento de oxidação anódica de poluentes promovida pelo anodo de diamante dopado com boro (BDD)
DFT, QTAIM, BDD, Oxidação Anódica
Na eletroquímica ambiental, existe um foco centrado na descontaminação de efluentes, usando técnicas e materiais catalíticos que promovam a oxidação/mineralização da matéria orgânica presente no efluente. A eletroquímica aplicada a este contexto é um tratamento que se enquadra na química verde, pois evita o uso de reagentes agressivos ao meio ambiente. A complexidade química que envolve a oxidação das moléculas poluentes é estudada passo-a-passo na intenção de entender e melhorar os processos a nível molecular. Um passo adiante as contribuições de estudos computacionais, aplicados a estes sistemas moleculares, tem um caráter completo, pois, a literatura ainda é considerada pobre, nesta colaboração das áreas de eletroquímica ambiental e química teórica. Para contribuir com este foco e melhorar a literatura, dois sistemas foram alvo de estudos. O primeiro trabalho, que compõe a tese, trata da avaliação do resultado de uma técnica eletroanalítica: voltametria cíclica. Aplicada a cafeína, usando o ânodo de diamante dopado com boro (BDD). O perfil eletroanalítico apresentado para este sistema resultou em um pico oxidativo, que caracteriza a oxidação da cafeína como uma oxidação direta, ou seja, um pico que ocorre antes do potencial de descarga da água. Indicando que a oxidação da cafeína ocorre diretamente na superfície do BDD. A partir das informações fornecidas pelas medições experimentais, um cluster da superfície do BDD foi caracterizado computacionalmente para verificar as interações da cafeína com o eletrodo, obtendo parâmetros termodinâmicos e interações geométricas pelos cálculos de DFT, QTAIM e ELF (Função de Localização Eletrônica). De acordo com os resultados da análise energética, obtidos a partir do DFT, as geometrias mais e menos estáveis foram determinadas termodinamicamente. Os dados topológicos das geometrias de interações foram obtidos usando QTAIM e ELF para verificar as influências que ocorreram durante a interação e relacioná-lo à energia de interação. O segundo trabalho, que compõe a tese, trata de um cenário mais ativo, a oxidação anódica usando o BDD, para mineralizar outro poluente, o Eriocromo Black T (EBT) em solução com presença de cátions Mg2+ e Ca2+. Feito em batelada a oxidação, e monitorando a descontaminação por meio de DQO e UV-VIS. O comportamento observado foi o inverso do relatado na literatura, quando o tratamento usado foi eletro-fenton. Neste cenário, uso do DFT para obter as estruturas dos complexos formados entre EBT e os cátions, e posteriormente cálculos de QTAIM aplicados aos complexos, de maneira a analisar as ligações Metal-Ligante na estrutura dos complexos adultos formado. A densidade eletrônica nestas ligações revela a força dos complexos. De maneira a comparar a ordem de facilidade em sofrer a oxidação dentre os complexos formados, considerando complexos com esfera de coordenação tri e hexavalente.