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Estudo teórico de reações de moléculas combustíveis na presença de aglomerados metálicos

Processo: 08/08603-8
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2009
Vigência (Término): 31 de agosto de 2012
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Francisco Bolivar Correto Machado
Beneficiário:Luiz Fernando de Araújo Ferrão
Instituição-sede: Divisão de Ciências Fundamentais (IEF). Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Assunto(s):Metais de transição   Química teórica   Reações químicas   Propriedades termodinâmicas   Métodos ab initio   Materiais aglomerados

Resumo

O projeto de pesquisa a ser desenvolvido no programa de doutorado consiste em estudar os mecanismos e a cinética da reação de oxidação de algumas moléculas combustíveis, metano (CH4), metanol (CH3OH) e hidrazina (N2H4), na presença de aglomerados metálicos, do ponto de vista da química quântica. Serão exploradas as possíveis seqüências de etapas elementares envolvidas na oxidação dessas moléculas combustíveis. O aglomerado metálico será utilizado para simular o sítio ativo de um catalisador, e deverá ser constituído por duas partes: Um ou mais átomos de metais de transição representando a fase ativa do catalisador e um conjunto de moléculas formando o suporte. O principal objetivo deste trabalho é buscar uma diminuição da barreira de potencial nas etapas elementares da oxidação na presença do aglomerado em relação à reação livre, estudando as modificações na estrutura eletrônica do sistema quando isso ocorre, ou seja, estudando a interação eletrônica entre o aglomerado e as moléculas combustíveis. Para isso, em uma primeira etapa, serão utilizados métodos da química quântica para realizar a caracterização eletrônica e estrutural dos reagentes, produtos e dos estados de transição na superfície de potencial eletrônica das reações envolvidas em processos de combustão e decomposição. Nesta etapa, utilizaremos a teoria de perturbação de segunda ordem (MP2) e a teoria do funcional da densidade (DFT), com o conjunto de funções de base aug-cc-pVTZ para os elementos do grupo principal e para o hidrogênio, e o conjunto base pseudo-potencial LANL2DZ para os metais. Posteriormente, cálculos das coordenadas de reação intrínsecas (IRC) serão utilizados para conectar os reagentes aos produtos, passando pelos supostos estados de transição. Por fim, os dados energéticos e estruturais obtidos serão utilizados para os cálculos das propriedades de dinâmica química empregando a teoria variacional do estado de transição (TVET). Serão estudadas então, quais interações entre o aglomerado metálico e as moléculas combustíveis podem ser as principais responsáveis na diminuição da barreira de potencial nas etapas elementares da decomposição e oxidação. (AU)