Investigação teórica e experimental de sensores de gás de In2O3 decorados com Ag e Pt: o papel das vacâncias de oxigênio

• Processo: 25/23707-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2026
• Data de Término da vigência: 14 de abril de 2027
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Diogo Paschoalini Volanti
• Beneficiário: Gustavo Sanghikian Marques dos Santos
• Supervisor: Juan Manoel Andres Bort
• Instituição Sede: Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas (IBILCE). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de São José do Rio Preto. São José do Rio Preto , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Universitat Jaume I, Espanha
• Vinculado à bolsa: 24/03388-4 - Influência dos defeitos eletrônicos e estruturais em sensores à base de In2O3 decorados com metais nobres para detecção de compostos orgânicos voláteis microbianos, BP.DR
• Assunto(s): Teoria do funcional da densidade Sensores Materiais funcionais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: density functional theory | Indium oxide | Nobel metal | sensor | Materiais Funcionais

Resumo

A segurança ambiental frente a gases perigosos é essencial para a proteção da saúde humana, exigindo materiais capazes de realizar uma detecção rápida e seletiva. Os óxidos metálicos semicondutores se destacam na detecção de gases devido às suas propriedades químicas e elétricas favoráveis. Esta proposta tem como objetivo simular, sintetizar e caracterizar sensores à base de In2O3, modificados por meio da deposição de metais nobres (Ag e Pt) e por irradiação com laser de femtossegundos, para a detecção de compostos orgânicos voláteis microbianos (mVOCs). A decoração com metais nobres altera a concentração de vacâncias de oxigênio do material e influencia diretamente suas propriedades de detecção. Essas simulações são essenciais para investigar os mecanismos de detecção e o papel das vacâncias de oxigênio. Cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT) serão empregados para investigar as propriedades estruturais, eletrônicas e energéticas, incluindo estrutura de bandas, densidade de estados, estabilidade de vacâncias e os efeitos eletrônicos induzidos pela irradiação a laser. Os mecanismos de adsorção dos principais mVOCs (por exemplo, 2-butanona, acetato de etila, 3-metil-1-butanol, 1-pentanol e 1-butanol) serão investigados por meio das energias de adsorção. Experimentalmente, os sensores serão sintetizados e submetidos à irradiação por laser de femtossegundos, que altera o número de defeitos, permitindo obter um material com propriedades de detecção ajustáveis devido ao aumento da condutividade e à adsorção aprimorada de mVOCs. Ao integrar simulações teóricas com validação experimental, este trabalho visa desenvolver sensores de alto desempenho de Ag-In2O3 e Pt-In2O3 e investigar o papel das vacâncias de oxigênio na melhoria da detecção de mVOCs. Essa combinação de abordagens teóricas e experimentais é pouco explorada no contexto de sensores para mVOCs, possibilitando o desenvolvimento de dispositivos confiáveis de análise local para monitoramento precoce. (AU)