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Ciência Computacional de Materiais

Processo: 17/11631-2
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
Vigência: 01 de agosto de 2018 - 31 de julho de 2023
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Convênio/Acordo: BG E&P Brasil (Grupo Shell)
Pesquisador responsável:Juarez Lopes Ferreira da Silva
Beneficiário:Juarez Lopes Ferreira da Silva
Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Empresa: BG E&P Brasil Ltda
Pesquisadores principais:Eudes Eterno Fileti ; Kaline Rabelo Coutinho ; Marcos Gonçalves Quiles
Pesq. associados:Adriano Mesquita Alencar ; André Carlos Ponce de Leon Ferreira de Carvalho ; Antonio Gustavo Sampaio de Oliveira Filho ; Ataualpa Albert Carmo Braga ; Cedric Rocha Leão ; Gustavo Enrique de Almeida Prado Alves Batista ; Gustavo Troiano Feliciano ; Kaline Rabelo Coutinho ; Leonardo José Amaral de Siqueira ; Luis Gustavo Dias ; Marcos Gonçalves Quiles ; Matheus Paes Lima ; Ricardo Paupitz Barbosa dos Santos ; Ronaldo Cristiano Prati ; Victor Lopez Richard
Auxílios(s) vinculado(s):18/21401-7 - EMU concedido no processo 2017/11631-2: cluster computacional de alto desempenho - ENIAC, AP.EMU
Bolsa(s) vinculada(s):20/07715-9 - Captura de CO2 por materiais híbridos sob potencial elétrico, BP.IC
20/10532-3 - Estudo das propriedades estruturais e energéticas de nanoligas formadas por CeO2-ZrO2 via cálculos de dinâmica molecular, BP.IC
19/23681-0 - De métodos ab initio até o contínuo para a busca de materiais para baterias de sódio-íon, BP.PD
+ mais bolsas vinculadas 20/05337-7 - Ativação de metano sobre nanoclusters de óxido de zircônio, BP.IC
20/05329-4 - Seleção de moléculas representativas via aprendizado de máquina, BP.IC
20/01187-0 - Estudo teórico de captura de CO2 em materiais porosos: ZIF-78 e similares, BP.IC
20/03471-8 - Estudo Ab initio dás propriedades estruturais, eletrônicas e energéticas dós compostos formados em ânodos de baterias de sódio, BP.IC
19/26481-1 - Estudo ab initio de nanoligas de cobre e zinco protegidos por ligantes, BP.IC
19/05561-7 - Simulações Mutiescala Aplicadas à Redução do CO2 em Nanopartículas Metálicas: Efeitos de Tamanho das Nanopartículas e Concentração de Adsorvatos, BP.PD
19/08465-9 - Estudos teóricos de captura de CO2 em gás atmosférico por nanopartículas porosas, BP.MS
19/07656-5 - Eletrólitos water-in-salt para aplicações em supercapacitores: valência, tamanho e simetria dos ânions, BP.IC
18/16801-6 - Materiais baseados em perovskitas para fotovoltaicos: desde pontos quânticos até cristais, BP.PD
18/17462-0 - Estudo ab initio da atividade catalítica de dicalcogenetos de tungstênio bidimensionais na redução de CO2, BP.IC
18/17460-8 - Investigação das propriedades eletrônicas dos materiais MQx (m = Cu, AG; q = s, se, te; x = 0.0 - 2.0) através de cálculos de Teoria do Funcional da Densidade, BP.IC
18/11152-0 - Desenvolvimento de Catalisadores para Conversão Direta de Metano em Metanol: Uma Investigação Ab Initio utilizando a da Teoria Funcional da Densidade, BP.PD
18/14574-2 - Invertigação ab initio das propriedades físico-químicas de nanoflocos de PtS2 em função do tamanho, BP.IC - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Fotoquímica  Metanol  Dinâmica dos fluidos  Armazenamento de energia  Hidrocarbonetos  Algoritmos  Nanocatálise  Catalisadores  Perovskita 
Publicação FAPESP:https://media.fapesp.br/bv/uploads/pdfs/fapesp_uk_SyrovQx_162_163.pdf

Resumo

Grande parte da energia consumida no mundo vem da queima de combustíveis fósseis à base de petróleo (óleo diesel, gasolina, querosene para aviação e gás liquefeito). Além dos combustíveis utilizados em nossa sociedade moderna, o petróleo também é matéria-prima de uma extensa cadeia de produtos, por exemplo, parafina, produtos de asfalto, nafta petroquímica, solventes, plásticos, etc. Apesar da grande importância dos combustíveis fósseis, existem vários motivos para a pesquisa de fontes de energia alternativas e renováveis, que inclui problemas ambientais e o fato de que o petróleo vai se esgotar no futuro. Por conseguinte, existe um grande interesse no uso de recursos de energia renovável, como a energia hidrelétrica, a biomassa, o mar, o vento interior, a energia fotovoltaica, o hidrogênio, bem como o desenvolvimento de novos veículos de energia a partir da conversão de metano e/ou do CO2 capturado de ar combinado com H2 da água. Devido à grande demanda, acreditamos que essas tecnologias serão combinadas no futuro para produzir um planeta sustentável. A Divisão de Computação de Ciência e Química de Materiais (CMSC) se concentrará apenas em algumas dessas vias. Acreditamos firmemente que, entre todas essas fontes de energia, devem seguir-se quatro caminhos, a saber: (i) conversão de fótons para elétrons que utilizando dispositivos fotovoltaicos, como a energia fotovoltaica deve contribuir com cerca de 30 por cento (relatório Shell) para a nossa matriz de energia no futuro, (ii) armazenamento de energia com baterias e supercapacitores para suportar o crescimento da energia eólica, (iii) captura de CO2 e conversão para produtos de valor agregado - metanol, gasolina -range hidrocarbonetos, que podem fornecer um papel crucial para o nosso futuro como um problema ambiental pode ser parte da solução, (iv) conversão de metano em novos combustíveis de alta densidade - metanol, etc., que deverá desempenhar um papel importante devido à grande oferta de gás natural no mundo todo. Para abordar esses problemas, propomos empregar o estado da arte nas ferramentas de Ciência Computacional de Materiais para oferecer soluções de ponta. Para a organização prática, propomos nove projetos, que incluem dois projetos de conversão de fótons para elétrons à utilizando fotovoltaica (em particular perovskites) e fotoquímica, dois projetos para estudar a conversão de metano e CO2 capturados de ar para produtos de alto valor, como altos portadores de energia de densidade (metanol) empregando materiais porosos combinados com partículas de tamanho finito de metal de transição. Para o armazenamento de energia, exploramos baterias e supercapacitores, em particular, estamos interessados em tecnologias além de Li e empregamos condutores iônicos baratos. Além dos seis projetos, propusemos três projetos transversais com o potencial de contribuir para os seis projetos anteriores, bem como para oferecer sua contribuição individual, que inclui: engenharia de nanocatalisadores, dinâmica de fluidos para abordar o fluxo de líquidos iônicos e as técnicas de aprendizado da máquina, que serão aplicadas para explorar dados teóricos e experimentais das três divisões restantes. Portanto, nossa Divisão combinada com as três Divisões Centrais adicionais têm um grande potencial para produzir importantes contribuições para a geração de Novas Energias. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Laboratório da UFSCar lança canal de divulgação científica  
Matéria(s) publicada(s) em Outras Mídias (2 total):
Com Ciência: Ciência computacional de materiais e química aplicada no desenvolvimento de materiais para novas energias (20/Jan/2021)
TN Petróleo online: Treinamento técnico em desenvolvimento de fotocatalisadores com bolsa da FAPESP (13/Jan/2020)

Publicações científicas (59)
(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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DA SILVA, DEBORA A. C.; PAULISTA NETO, ANTENOR J.; PASCON, ALINE M.; FILETI, EUDES E.; FONSECA, LEONARDO R. C.; ZANIN, HUDSON G. Combined Density Functional Theory and Molecular Dynamics Simulations To Investigate the Effects of Quantum and Double-Layer Capacitances in Functionalized Graphene as the Electrode Material of Aqueous-Based Supercapacitors. Journal of Physical Chemistry C, v. 125, n. 10, p. 5518-5524, MAR 18 2021. Citações Web of Science: 0.
MENDES, PAULO C. D.; VERGA, LUCAS G.; DA SILVA, JUAREZ L. F. Ab initio screening of Pt-based transition-metal nanoalloys using descriptors derived from the adsorption and activation of CO2. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 23, n. 10, p. 6029-6041, MAR 14 2021. Citações Web of Science: 0.
ALMEIDA, ALEXANDRE B.; BULDYREV, V, SERGEY; ALENCAR, ADRIANO M.; GIOVAMBATTISTA, NICOLAS. How Small Is Too Small for the Capillarity Theory?. Journal of Physical Chemistry C, v. 125, n. 9, SI, p. 5335-5348, MAR 11 2021. Citações Web of Science: 0.
MOUNSSEF JR, BASSIM; DE ALCANTARA MORAIS, SARA FIGUEIREDO; DE LIMA BATISTA, ANA PAULA; DE LIMA, LUCAS WELINGTON; BRAGA, ATAUALPA A. C. DFT study of H-2 adsorption at a Cu-SSZ-13 zeolite: a cluster approach. Physical Chemistry Chemical Physics, MAR 2021. Citações Web of Science: 0.
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VEQUI-SUPLICY, CINTIA C.; OROZCO-GONZALEZ, YOELVIS; LAMY, M. TERESA; CANUTO, SYLVIO; COUTINHO, KALINE. A new interpretation of the absorption and the dual fluorescence of Prodan in solution. Journal of Chemical Physics, v. 153, n. 24 DEC 28 2020. Citações Web of Science: 0.
SAMPAIO, ABNER MASSARI; LEMOS PEREIRA, GUILHERME FERREIRA; SALANNE, MATHIEU; AMARAL SIQUEIRA, LEONARDO JOSE. Comparing the performance of sulfonium and phosphonium ionic liquids as electrolytes for supercapacitors by molecular dynamics simulations. Electrochimica Acta, v. 364, DEC 20 2020. Citações Web of Science: 0.
CATURELLO, NAIDEL A. M. S.; SILVEIRA, V, JULIAN F. R.; DA SILVA, JUAREZ L. F. Ab initio insights into the stabilization and binding mechanisms of MoS2 nanoflakes supported on graphene. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 22, n. 46, p. 26865-26875, DEC 14 2020. Citações Web of Science: 0.
OZORIO, MAILDE S.; OLIVEIRA, WILLIAN X. C.; SILVEIRA, JULIAN F. R. V.; NOGUEIRA, ANA FLAVIA; DA SILVA, JUAREZ L. F. Novel zero-dimensional lead-free bismuth based perovskites: from synthesis to structural and optoelectronic characterization. MATERIALS ADVANCES, v. 1, n. 9, p. 3439-3448, DEC 1 2020. Citações Web of Science: 1.
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MOURA TORQUATO, LILIAN D.; PASTRIAN, FABIAN A. C.; LIMA PERINI, JOAO A.; IRIKURA, KALLYNI; BATISTA, ANA PAULA DE L.; DE OLIVEIRA-FILHO, ANTONIO G. S.; CORDOBA DE TORRESI, SUSANA I.; BOLDRIN ZANONI, MARIA V. Relation between the nature of the surface facets and the reactivity of Cu2O nanostructures anchored on TiO2NT@PDA electrodes in the photoelectrocatalytic conversion of CO2 to methanol. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 261, FEB 2020. Citações Web of Science: 3.
FELICIO-SOUSA, PRISCILLA; MUCELINI, JOHNATAN; ZIBORDI-BESSE, LARISSA; ANDRIANI, KARLA F.; SEMINOVSKI, YOHANNA; PRATI, RONALDO C.; DA SILVA, JUAREZ L. F. Ab initio insights into the structural, energetic, electronic, and stability properties of mixed CenZr15-nO30 nanoclusters. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 21, n. 48, p. 26637-26646, DEC 28 2019. Citações Web of Science: 0.
SILVA, JOSE LUIS; UNGER, ISAAK; MATIAS, TIAGO ARAUJO; FRANCO, LEANDRO REZENDE; DAMAS, GIANE; COSTA, LUCIANO T.; TOLEDO, KALIL C. F.; ROCHA, TULIO C. R.; DE BRITO, ARNALDO NAVES; SAAK, CLARA-MAGDALENA; COUTINHO, KALINE; ARAKI, KOITI; BJORNEHOLM, OLLE; BRENA, BARBARA; ARAUJO, C. MOYSES. X-ray Photoelectron Fingerprints of High-Valence Ruthenium-Oxo Complexes along the Oxidation Reaction Pathway in an Aqueous Environment. Journal of Physical Chemistry Letters, v. 10, n. 24, p. 7636-7643, DEC 19 2019. Citações Web of Science: 0.
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MUCELINI, JOHNATAN; COSTA-AMARAL, RAFAEL; SEMINOVSKI, YOHANNA; DA SILVA, JUAREZ L. F. Ab initio investigation of the formation of ZrO2-like structures upon the adsorption of Zr-n on the CeO2(111) surface. Journal of Chemical Physics, v. 149, n. 24 DEC 28 2018. Citações Web of Science: 1.
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