Espectroscopias com intensificação de sinal: nanomateriais, teoria e simulação computacional

• Processo: 22/11983-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Vigência: 01 de outubro de 2023 - 30 de setembro de 2028
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Mauro Carlos Costa Ribeiro
• Beneficiário: Mauro Carlos Costa Ribeiro
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Paola Corio ; Rômulo Augusto Ando
• Pesquisadores associados: Danilo Manzani ; Diego Pereira dos Santos ; Leonardo José Amaral de Siqueira ; Lucas Carvalho Veloso Rodrigues
• Auxílios(s) vinculado(s): 23/13861-6 - EMU concedido no processo 2022/11983-4: Microscópio de campo escuro., AP.EMU
• Assunto(s): Simulação de dinâmica molecular Nanopartículas Espectroscopia Espectroscopia Raman amplificada por superfície Espectroscopia Raman Líquidos iônicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dinâmica Molecular | espectroscopia Raman | líquidos iônicos | Nanopartículas | Sers | Vidros especiais | Espectroscopia

Resumo

A excitação de modos de plasmon-polariton na superfície de nanopartículas (NPs) metálicas possibilita uma variedade de aplicações desses materiais como, por exemplo, fotocatalisadores e dispositivos fotovoltaicos e de sensoriamento. A excitação plasmônica em NPs implica no aumento da intensidade de sinais espectroscópicos de moléculas adsorvidas, em particular, a intensificação de espectros Raman (surface-enhanced Raman scattering, SERS). Em condição de ressonância com uma transição eletrônica da molécula, a intensificação de sinal decorre também pelo efeito Raman ressonante (RR). A combinação de NP e íons de terras raras possibilita a intensificação de luminescência por processos não convencionais, como conversão ascendente e luminescência persistente. Os avanços recentes na preparação de NPs inclui o uso de novos solventes como os líquidos iônicos (ionic liquids, ILs) e solventes eutéticos profundos (deep eutectic solvents, DES) em virtude do seu desempenho na estabilização coloidal. Esses líquidos, por sua vez, também possuem várias aplicações em reações químicas, catálise, absorção de gases, etc., sendo um desafio a compreensão das suas propriedades em termos da estrutura molecular e do líquido. Neste sentido, o presente Projeto Temático reúne expertises em síntese de nanopartículas, espectroscopia, teoria e simulação computacional de pesquisadores de diferentes universidades: USP-São Paulo, USP-São Carlos, UNIFESP e UNICAMP. Pretende-se relacionar morfologia das NPs e catálise plasmônica, em particular as nanoestruturas, com a dupla função de promover a reação fotocatalítica e intensificação do espectro Raman. Os ILs e DES serão meios para preparação de NPs, mas também líquidos para absorção de gases poluentes (CO2 e SO2). Em teoria de SERS, cálculos de eletrodinâmica clássica serão realizados para se obter a distribuição espacial do campo elétrico em torno das NPs, e em teoria de RR serão realizados cálculos de química quântica da dinâmica de estados eletrônicos excitados usando métodos perturbativos multiconfiguracionais. Espectroscopia vibracional em ampla faixa de temperatura e pressão será usada no estudo de transições de fases de ILs ou DES, e simulação de dinâmica molecular (MD) no estudo da estrutura e dinâmica dos líquidos. Simulações MD desses líquidos serão realizadas para dispersão de nanopartículas a fim de entender a estrutura da interface líquido-nanopartícula, e dispersão de materiais de carbono poroso a fim de avaliar a absorção de gases. (AU)