Macedo, Bruno Henrique Dourado2025-08-202025-08-202025-08-20https://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9251O hidreto de magnésio (MgH2) é um dos materiais mais promissores para o armazenamento de hidrogênio em estado sólido devido à sua alta capacidade gravimétrica (7,6% em peso). No entanto, sua elevada temperatura de dessorção (> 400◦C) é um dos principais fatores que têm limitado suas aplicações práticas. Para superar esse desafio, diversos estudos têm buscado otimizar suas propriedades estruturais, eletrônicas, termodinâmicas e de armazenamento por meio de técnicas como dopagem e nanomodificação. Esses esforços visam tornar o MgH2 mais eficiente e viável em sistemas energéticos sustentáveis. Neste trabalho, foi realizado um estudo teórico sistemático, via método ab initio, das propriedades estruturais, eletrônicas, termodinâmicas e de armazenamento do MgH2 com defeitos substitucionais, especificamente os metais de transição Cu, Ni e Zn. Para isso, utilizou-se o formalismo da Teoria do Funcional da Densidade (Density Functional Theory– DFT), conforme implementado no código CASTEP. Os resultados indicam que as supercélulas dopadas preservam a estabilidade da rede, ao mesmo tempo em que induzem alterações nos parâmetros de rede e comprimentos de ligação X-H, que podem facilitar a mobilidade do hidrogênio na estrutura. No aspecto eletrônico, a introdução de dopantes como Ni e Cupromoveu a formação de estados localizados dentro do gap, alterando a morfologia da estrutura de bandas e sugerindo um possível aumento na condutividade — fator relevante para processos de absorção e liberação de hidrogênio. No entanto, o Zn mostrou-se eletronicamente inerte, mantendo as características eletrônicas do sistema praticamente inalteradas. Do ponto de vista das propriedades termodinâmicas, foi observada uma redução nas temperaturas de dessorção associada à diminuição da energia de ligação hidrogênio-rede, especialmente após correções com a energia de ponto zero (ZPE), que inclui a energia de vibração da molécula de H2 na temperatura de zero absoluto. Os resultados obtidos evidenciam que a dopagem com metais de transição pode ser uma estratégia eficaz para favorecer o armazenamento de hidrogênio em estado sólido e, além disso, reforçam o potencial do MgH2 dopado como material promissor em tecnologias energéticas limpas e sustentáveis. Resumen El hidruro de magnesio (MgH2) es uno de los materiales más prometedores para el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido debido a su alta capacidad gravimétrica (7,6% en peso). Sin embargo, su elevada temperatura de desorción (> 400ºC) es uno de los principales factores que ha limitado sus aplicaciones prácticas. Para superar este desafío, diversos estudios han buscado optimizar sus propiedades estructurales, electrónicas, termodinámicas y de almacenamiento mediante técnicas como la dopaje y la nanomodificación. Estos esfuerzos tienen como objetivo hacer que el MgH2 sea más eficiente y viable en sistemas energéticos sostenibles. En este trabajo se realizó un estudio teórico sistemático, utilizando métodos ab initio, de las propiedades estructurales, electrónicas, termodinámicas y de almacenamiento del MgH2 con defectos sustitucionales, específicamente con los metales de transición Cu, Ni y Zn. Para ello, se utilizó el formalismo de la Teoría del Funcional de la Densidad (Density Functional Theory – DFT), tal como está implementado en el código CASTEP. Los resultados indican que las superceldas dopadas preservan la estabilidad de la red cristalina, al mismo tiempo que inducen cambios en los parámetros de red y en las longitudes de enlace X-H, lo cual puede facilitar la movilidad del hidrógeno dentro de la estructura. Desde el punto de vista electrónico, la introducción de dopantes como Ni y Cu promovió la formación de estados localizados dentro del gap, modificando la morfología de la estructura de bandas y sugiriendo un posible aumento en la conductividad, un factor relevante para los procesos de absorción y liberación de hidrógeno. Sin embargo, el Zn se mostró electrónicamente inerte, manteniendo prácticamente inalteradas las características electrónicas del sistema. Desde la perspectiva de las propiedades termodinámicas, se observó una disminución en las temperaturas de desorción asociada a la reducción de la energía de enlace hidrógeno-red, especialmente tras la corrección con la energía de punto cero (ZPE), la cual incluye la energía vibracional de la molécula de H2 a temperatura de cero absoluto. Los resultados obtenidos evidencian que la dopaje con metales de transición puede ser una estrategia eficaz para favorecer el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido y, además, refuerzan el potencial del MgH2 dopado como material prometedor en tecnologías energéticas limpias y sostenibles.viopenAccessArmazenamento em estado sólidoHidretos de MagnésioPropriedades EstruturaisPropriedades TermodinâmicasPropriedades Eletrônicas