Study of niobium oxide properties from a computational perspective

Nanotechnology presents a breakthrough in the discovery and exploration of the physical and chemical properties of new emerging complex materials that are promising for numerous desired scientific and technological applications and, in addition, is a highly multidisciplinary field of research. In particular, the development of new complex nanomaterials has been the focus of numerous recent studies and presents a fascinating challenge. In recent times, niobium oxides, such as Nb2O5, are considered semiconductor materials with very attractive physical and chemical properties for applications in various areas, such as catalysis, sensors, medical, aerospace, etc. Especially, the characterization of Nb2O5 based nanostructures has received much attention in recent years, however, despite the great importance of this system some of its fundamental properties are still not well understood. In cases like this computational chemistry methods can contribute to a rationalization, this is one of the foundations presented by these enriched nanostructures, and consequently, it will lead new perspectives and ideas for its exploration and apply in different fields of nanotechnology. The objective of the present work is to use theoretical methodologies by means of DFT calculations using periodic models to investigate the physical and chemical properties of niobium nanostructures. Band structures, energy band gap and state density will be investigated in this study. From these tools it is possible to unravel the relationships between composition, structure, size, morphology and their properties, which may contribute to the future development of new devices and applications based on these materials.A nanotecnologia apresenta um avanço na descoberta e exploração das propriedades físicas e químicas de novos materiais complexos emergentes que são promissores para inúmeras aplicações científicas e tecnológicas desejadas e, além disso, é um campo de pesquisa altamente multidisciplinar. Em particular, o desenvolvimento de novos nanomateriais complexos tem sido foco de inúmeros estudos recentes e representa um desafio fascinante. Nos últimos tempos, os óxidos de nióbio, como o Nb2O5, são considerados materiais semicondutores com propriedades físicas e químicas muito atrativas para aplicações em diversas áreas, como em catálises, sensores, na área médica, aeroespacial, etc. Especialmente, a caracterização de nanoestruturas a base de Nb2O5 têm recebido muita atenção nos últimos anos, no entanto, apesar da grande importância reconhecida deste sistema algumas de suas propriedades fundamentais ainda não são muito bem compreendidas. Em casos como este é certo que os métodos de química computacional podem contribuir para a racionalização destas propriedades fundamentais apresentadas por essas nanoestruturas em nível atômico, e consequentemente levar a novas perspectivas e ideias para sua exploração e aplicação em diferentes campos da nanotecnologia. O objetivo do presente trabalho consiste em utilizar metodologias teóricas por meios de cálculos DFT (teoria funcional da densidade) utilizando modelos periódicos para investigar as propriedades físicas e químicas de nanoestruturas a base de nióbio. As estruturas de banda, o band gap de energia e a densidade de estados serão investigados neste estudo. A partir dessas ferramentas é possível desvendar as relações entre composição, estrutura, tamanho, morfologia e suas propriedades, que podem contribuir para que no futuro haja o desenvolvimento de novos dispositivos e aplicações baseadas nestes materiais