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
• Empresas: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC); BG E&P Brasil Ltda
• Município: Rio de JaneiroSão Carlos
• Pesquisadores principais:( Atuais ): Marcos Gonçalves Quiles
• Pesquisadores principais:( Anteriores ): Eudes Eterno Fileti ; Kaline Rabelo Coutinho
• 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): 21/05728-9 - Investigação teórica de clusters de metais de transição com suporte em materiais 2D como candidatos a catalisadores para a redução de CO2, BP.DD; 21/08852-2 - Predição de propriedades moleculares com alta acurácia: uma abordagem via aprendizado semi-supervisionado, BP.DR; 21/05697-6 - Investigação Ab Initio das propriedades mecânicas, estruturais, energéticas e eletrônicas de fosfatos de cálcio na fase de bulk com dopantes substitucionais, BP.IC; + mais bolsas vinculadas 21/03357-3 - Estudo computacional da conversão de metano em novos produtos utilizando catalisadores com base em óxido de cério, BP.DR; 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; 20/01187-0 - Estudo teórico de captura de CO2 em materiais porosos: ZIF-78 e similares, BP.IC; 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; 20/03471-8 - 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)

Publicações científicas

(80)

(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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DE CARVALHO, FERNANDO RODRIGUES; DA SILVA, FERNANDO; DE LIMA, RICARDO; BELLOTTO, ANDREZZA CORREIA; DE SOUZA, VAGNER ROBERTO; CAETANO, WILKER; POLITI, MARIO JOSE; HIOKA, NOBORU; COUTINHO, KALINE. pectrophotometric studies of charge-transfer complexes formed with ions N,N'-alkyldiyl-bis(pyridinium) derivatives and iodid. SPECTROCHIMICA ACTA PART A-MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY, v. 268, MAR 5 2022. (21/09016-3, 17/11631-2, 14/50983-3)

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DE SOUZA, RAFAEL MAGLIA; LOURENCO, TUANAN C.; AMARAL DE SIQUEIRA, LEONARDO JOSE; KARTTUNEN, MIKKO; DA SILVA, JUAREZ L. F.; DIAS, LUIS GUSTAVO. Development of coarse-grained force field to investigate sodium-ion transport mechanisms in cyanoborate-based ionic liquid. JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS, v. 338, SEP 15 2021. (18/21401-7, 17/26102-5, 17/11631-2, 19/23681-0, 18/13867-6, 19/18125-0)

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BEZERRA, RAQUEL C.; DE MENDONCA, JOAO PAULO A.; MENDES, PAULO C. D.; PASSOS, RAIMUNDO R.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Role of the OH-group in the adsorption properties of methanol, ethanol, and ethylene glycol on 15-atom 3d, 4d, and 5d transition-metal clusters. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 23, n. 32, JUL 2021. (18/21401-7, 17/11631-2)

RASTEIRO, LETICIA F.; DE SOUSA, RAFAEL A.; VIEIRA, LUIZ H.; OCAMPO-RESTREPO, VIVIANNE K.; VERGA, LUCAS G.; ASSAF, JOSE M.; DA SILVA, JUAREZ L. F.; ASSAF, ELISABETE M.. Insights into the alloy-support synergistic effects for the CO2 hydrogenation towards methanol on oxide-supported Ni5Ga3 catalysts: An experimental and DFT study. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 302, MAR 2022. (17/11631-2, 15/06246-7, 19/05561-7, 18/21401-7, 18/12021-6, 14/50279-4, 17/22671-5, 19/22260-0)

DA SILVA, AUGUSTO C. H.; CATURELLO, NAIDEL A. M. S.; BESSE, RAFAEL; LIMA, MATHEUS P.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Edge, size, and shape effects on WS2, WSe2, and WTe2 nanoflake stability: design principles from an ab initio investigation. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 21, n. 41, p. 23076-23084, NOV 7 2019. (17/09077-7, 17/11631-2)

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LIMA, MATHEUS P.; CABRAL, L.; MARGAPOTI, EMANUELA; MAHAPATRA, SUDDHASATTA; DA SILVA, JUAREZ L. F.; HARTMANN, FABIAN; HOEFLING, SVEN; MARQUES, GILMAR E.; LOPEZ-RICHARD, VICTOR. Defect-induced magnetism in II-VI quantum dots. Physical Review B, v. 99, n. 1, JAN 22 2019. (14/02112-3, 14/19142-2, 17/11631-2)

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