Simulação computacional de processos redox em meios complexos

• Processo: 17/13401-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2020
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Gustavo Troiano Feliciano
• Beneficiário: Gustavo Troiano Feliciano
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
• Assunto(s): Simulação de dinâmica molecular Transporte eletrônico Teoria do funcional da densidade Estrutura eletrônica Simulação por computador QM
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dinâmica Molecular | Estrutura eletrônica | Função de Green fora do equilíbrio | Mm | Qm | teoria do funcional da densidade | transporte eletrônico | Simulação computacional

Resumo

O objetivo do presente trabalho é caracterizar sistemas modelo para a descrição de fenômenos eletroquímicos na matéria condensada, através de simulação computacional atomística, molecular e de estrutura eletrônica. As principais aplicações a serem destacadas nos modelos estudados serão o sensoreamento eletroquímico (feito experimentalmente por medidas de impedância/capacitância eletroquímica) e o transporte de carga a longas distâncias, para o desenho de novos materiais mais eficientes e de fácil obtenção.Um dos sistemas modelo mimetiza proteínas condutoras bacterianas, no intuito de identificar as contribuições especificas das características fisico-quimicas da biomolécula para o transporte eletrônico eficiente a longas distâncias. Bactérias do gênero Geobacter e Shewanella já utilizam esta maquinaria bioquímica para levar a cabo seu metabolismo, transportando carga a um aceptor de elétrons extracelular, ao mesmo tempo em que oxidam compostos orgânicos e reduzem ions metálicosredox. As aplicações vão desde a biolixiviação de metais pesados e descontaminação de ambientes por precipitação química até a geração e transporte de energia elétrica a partir de compostos orgânicos simples, e confecção de células a combustível microbianas. Outro modelo eletroquimico estudado são eletrodos metálicos modificados por monocamadas automontadas de moléculas orgânicas contendo um grupamento redox imobilizado em uma das extremidades. Neste sistema, contribuições não-clássicas para a transferência eletronica são observadas, devido ao confinamento, e isto é explorado no problema de reconhecimento molecular, sensoreamento e o próprio transporte através de biomoléculas. Além do caráter metodológico, visando estender a ciência eletroquímica clássica, o trabalho visa caracterizar as mudanças nas propriedades termodinamicas e estruturais na monocamada eletroativa, na presença de perturbações no ambiente eletrostático, causadas tanto pela aplicação de potenciais elétricos externos como pelo ambiente aquoso, na vizinhança do eletrodo. (AU)

Publicações científicas

(7)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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CRUZEIRO, VINICIUS WILIAN D.; FELICIANO, GUSTAVO TROIANO; ROITBERG, ADRIAN E.. Exploring Coupled Redox and pH Processes with a Force-Field-Based Approach: Applications to Five Different Systems. Journal of the American Chemical Society, v. 142, n. 8, p. 3823-3835, FEB 26 2020. (17/13401-4)

SANTO, ANDERSON A. E.; LAZAROTI, VITOR HUGO R.; FELICIANO, GUSTAVO T.. Multidimensional redox potential/pK(a) coupling in multicopper oxidases from molecular dynamics: implications for the proton transfer mechanism. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 23, n. 48, NOV 2021. (17/13401-4, 20/04339-6)