Deposição de metais de transição sobre superfícies de óxidos

• Processo: 11/20573-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de julho de 2012
• Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2013
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Juarez Lopes Ferreira da Silva
• Beneficiário: Maurício Jeomar Piotrowski
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 08/00782-0 - Catálise computacional: produção de hidrogênio usando etanol, AP.JP
• Assunto(s): Metais de transição Teoria do funcional da densidade Óxidos Nanopartículas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Deposição | Metais de Transição | oxidos | superfícies | teoria do funcional da densidade | Vienna Ab initio simulation package | Ciencia Computacional de Materiais

Resumo

O desenvolvimento de estratégias de auto-suficiência energética com base em sistemas sustentáveis é de grande importância para construir economias mais competitivas e menos expostas a turbulências geopolíticas. Entre todas as possíveis fontes energéticas, H2 é uma fonte atraente, que pode ser utilizada como combustível em células a combustível com excelente eficiência e baixa emissão de poluentes, ou seja, H2 é uma fonte de energia ambientalmente mais limpa. O desenvolvimento de dispositivos catalíticos estáveis e com baixo custo para a produção de hidrogênio a partir de etanol (C2H5OH) é um dos principais problemas a serem resolvidos para o sucesso econômico de células combustíveis de etanol, uma vez que as reações envolvidas são extremamente dependentes da escolha do sistema catalisador, geralmente composto por partículas de metais de transição - (MT), suportadas em sistemas óxido. Neste contexto, um entendimento microscópico do processo catalítico é um passo fundamental para compreender os parâmetros físicos que determinam o sucesso ou a falha de um catalisador. Neste projeto de pós-doutoramento, propomos o uso de cálculos de primeiros-princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) para obter uma compreensão de nível atômico da interação de partículas de MT com monocamadas de superfícies óxidas, o que pode contribuir para a concepção de células combustíveis de etanol. Assim, nosso principal objetivo consiste no estudo da estrutura atômica e eletrônica de um catalisador real, a fim de compreender o mecanismo por de trás do sucesso e da falha de um catalisador. Para este propósito, vamos usar DFT, que tem sido amplamente utilizada no estudo e previsão de propriedades físicas e químicas de sólidos e sistemas moleculares em diferentes áreas de pesquisa. Primeiramente, vamos estudar superfícies óxido-metálicas selecionadas, utilizando DFT, e calcularemos suas propriedades, tais como: função trabalho e densidade de estados, que ajudarão a obter uma melhor compreensão das superfícies de óxidos. Em segundo lugar, vamos realizar a deposição de monocamadas de MT sobre as superfícies de óxidos, ou seja, um estudo completo da deposição de monocamadas de metais de transição sobre superfícies óxido-metálicas. Isto inclui uma revisão completa da literatura e seleção dos sistemas mais importantes a serem estudados, relacionados diretamente com problemas de etanol-água. Finalmente, a deposição de nanopartículas de MT sobre superfícies de óxidos. Onde vamos empregar o estado-da-arte em simulações de dinâmica molecular para estudar o processo de deposição de nanopartículas de MT. Assim, temos a intenção de melhorar a compreensão do desenvolvimento de um catalisador que seja estável e de baixo custo para a produção de H2 a partir de etanol. Que é um dos principais problemas a ser resolvido para o uso em larga escala de etanol a partir de células de combustível, bem como para outras aplicações tecnológicas. Além disso, propomos esse estudo computacional do processo de deposição de monocamadas e NPs em superfícies de óxidos pois pretendemos contribuir para o desenvolvimento desta área de pesquisa de grande impacto tecnológico em nosso país, devido a liderança mundial do Brasil na produção de etanol. (AU)