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Cinética complexa em sistemas eletroquímicos: mecanismos, análise de redes estequiométricas e simulações numéricas

Processo: 12/24152-1
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Pesquisa
Vigência (Início): 15 de julho de 2013
Vigência (Término): 14 de julho de 2014
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Hamilton Brandão Varela de Albuquerque
Beneficiário:Hamilton Brandão Varela de Albuquerque
Anfitrião: Markus Eiswirth
Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Local de pesquisa : Max Planck Society, Berlin, Alemanha  
Vinculado ao auxílio:09/07629-6 - Eletrocatálise IV: aspectos fundamentais e aplicados dos processos eletrocatalíticos, bio-eletrocatálise e instabilidades cinéticas, AP.BIOEN.TEM
Assunto(s):Oscilação (mecânica dos sólidos)   Sistemas complexos   Eletrocatálise

Resumo

A combinação entre a cinética não-linear, a competição por sítios superficiais e o transporte de reagentes para e de produtos (parciais) da superfície do eletrodo tornam sistemas eletroquímicos bastante susceptíveis à ocorrência de cinética oscilatória. Em termos de processos relevantes para células a combustível, a maioria das reações anódicas oscilam sob controle de potencial ou corrente. Nos últimos cinco anos, nosso Grupo no Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (IQSC/USP) vem estudando a eletro-oxidação de moléculas orgânicas pequenas (C1-C3) sobre catalisadores de platina ou baseados em platina. A investigação vem sendo realizada por meio de técnicas experimentais e abordagens modernas e complementada pela modelagem e simulações numéricas. Apesar do relativo progresso no entendimento de alguns aspectos mecanísticos destes sistemas, ainda não há um cenário geral totalmente claro nesse sentido. Com o intuito de resolver este problema, propõe-se neste projeto o uso da Análise de Redes Estequiométricas (ARE) para racionalizar e organizar a quantidade considerável de dados gerados, assim como aprofundar o entendimento atual. A ARE será desenvolvida analiticamente e os resultados testados numericamente. O trabalho será desenvolvido no Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck, em Berlim, Alemanha, sob a supervisão do Prof. Markus Eiswirth, um reconhecido especialista em aspectos teóricos e experimentais de cinética química não-lineares. Sob uma perspectiva mais ampla, o desenvolvimento deste projeto deverá influenciar as pesquisas futuras no IQSC/USP por meio (a) do fortalecimento da integração entre experimentos e teoria, (b) da sistematização no desenho de novos experimentos, e (c) do desenvolvimento das ferramentas para explorar outros sistemas eletroquímicos, químicos e até biológicos. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre a bolsa:
Un modelo teórico permite prever el desempeño de células de combustibles 
Modelo teórico permite prever o desempenho de células de combustíveis 

Publicações científicas (20)
(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)
CALDERON-CARDENAS, ALFREDO; HARTL, FABIAN W.; GALLAS, JASON A. C.; VARELA, HAMILTON. Modeling the triple-path electro-oxidation of formic acid on platinum: Cyclic voltammetry and oscillations. CATALYSIS TODAY, v. 359, n. SI, p. 90-98, JAN 1 2021. Citações Web of Science: 5.
PERINI, NICKSON; DELMONDE, MARCELO V. F.; RANJAN, CHINMOY; VARELA, HAMILTON. Mechanistic aspects of the comparative oscillatory electrochemical oxidation of formic acid and methanol on platinum electrode. Journal of Solid State Electrochemistry, v. 24, n. 8, SI MAY 2020. Citações Web of Science: 1.
SILVA, MARCIO F.; DELMONDE, MARCELO V. F.; BATISTA, BRUNO C.; BOSCHETO, EMERSON; VARELA, HAMILTON; CAMARA, GIUSEPPE A. Oscillatory electro-oxidation of ethanol on platinum studied by in situ ATR-SEIRAS. Electrochimica Acta, v. 293, p. 166-173, JAN 10 2019. Citações Web of Science: 0.
KHALID, MOHD.; HONORATO, ANA M. B.; VARELA, HAMILTON; DAI, LIMING. Multifunctional electrocatalysts derived from conducting polymer and metal organic framework complexes. NANO ENERGY, v. 45, p. 127-135, MAR 2018. Citações Web of Science: 47.
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FERREIRA, G. C. A.; NAPPORN, T. W.; KOKOH, K. B.; VARELA, H. Complex Oscillatory Kinetics in the Electro-Oxidation of Glucose on Gold. Journal of the Electrochemical Society, v. 164, n. 9, p. H1603-H1607, 2017. Citações Web of Science: 3.
MACHADO, EDUARDO G.; DELMONDE, MARCELO V. F.; VARELA, HAMILTON. Spectrometric Evidence of the Synergy between Formic Acid and Hydrazine on Their Electro-Oxidation. Journal of the Electrochemical Society, v. 164, n. 9, p. H647-H650, 2017. Citações Web of Science: 1.
DELMONDE, M. V. F.; SALLUM, L. F.; PERINI, N.; GONZALEZ, E. R.; SCHLOEGL, R.; VARELA, H. Electrocatalytic Efficiency of the Oxidation of Small Organic Molecules under Oscillatory Regime. Journal of Physical Chemistry C, v. 120, n. 39, p. 22365-22374, OCT 6 2016. Citações Web of Science: 10.
PREVIDELLO, B. A. F.; FERNANDEZ, P. S.; TREMILIOSI-FILHO, G.; VARELA, H. Oscillatory Electro-oxidation of Methanol on Platinum Single Crystal Electrodes. ELECTROCATALYSIS, v. 7, n. 4, p. 276-279, JUL 2016. Citações Web of Science: 6.
MACHADO, EDUARDO G.; VARELA, HAMILTON. Complex Dynamics in the Electro-Oxidation of Formic Acid Assisted by Hydrazine in Acidic Media. Journal of the Electrochemical Society, v. 163, n. 3, p. H186-H191, 2016. Citações Web of Science: 1.
NASCIMENTO, MELKE A.; VARELA, HAMILTON; GALLAS, JASON A. C. Periodicity hubs and spirals in an electrochemical oscillator. Journal of Solid State Electrochemistry, v. 19, n. 11, p. 3287-3296, NOV 2015. Citações Web of Science: 2.
SITTA, ELTON; NAGAO, RAPHAEL; KISS, ISTVAN Z.; VARELA, HAMILTON. Impact of the Alkali Cation on the Oscillatory Electro-Oxidation of Ethylene Glycol on Platinum. Journal of Physical Chemistry C, v. 119, n. 3, p. 1464-1472, JAN 22 2015. Citações Web of Science: 10.
RAPHAEL NAGAO; MELKE A. NASCIMENTO; HAMILTON VARELA. APARATO ELETROQUÍMICO PARA SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS MULTICANAL COM RESOLUÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL. Química Nova, v. 38, n. 1, p. 136-143, Jan. 2015.
NASCIMENTO, MELKE A.; NAGAO, RAPHAEL; EISWIRTH, MARKUS; VARELA, HAMILTON. Coupled slow and fast surface dynamics in an electrocatalytic oscillator: Model and simulations. Journal of Chemical Physics, v. 141, n. 23 DEC 21 2014. Citações Web of Science: 9.
DELMONDE, M. V. F.; NASCIMENTO, M. A.; NAGAO, R.; CANTANE, D. A.; LIMA, F. H. B.; VARELA, H. Production of Volatile Species during the Oscillatory Electro-oxidation of Small Organic Molecules. Journal of Physical Chemistry C, v. 118, n. 31, p. 17699-17709, AUG 7 2014. Citações Web of Science: 14.
BI, WENYAN; HE, YUXIU; CABRAL, MURILO F.; VARELA, HAMILTON; YANG, JIAPING; JIANG, RONGLI; GAO, QINGYU. Oscillatory electro-oxidation of thiosulfate on gold. Electrochimica Acta, v. 133, p. 308-315, JUL 1 2014. Citações Web of Science: 14.
PERINI, NICKSON; BATISTA, BRUNO C.; ANGELO, ANTONIO C. D.; EPSTEIN, IRVING R.; VARELA, HAMILTON. Long-Lasting Oscillations in the Electro-Oxidation of Formic Acid on PtSn Intermetallic Surfaces. ChemPhysChem, v. 15, n. 9, p. 1753-1760, JUN 23 2014. Citações Web of Science: 15.
MACHADO, EDUARDO G.; VARELA, HAMILTON. Oscillatory Instabilities in the Electrooxidation of Borohydride on Platinum. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 25, n. 3, p. 442-447, MAR 2014. Citações Web of Science: 1.
NOGUEIRA, PAULO A.; BATISTA, BRUNO C.; FARIA, ROBERTO B.; VARELA, HAMILTON. The effect of temperature on the dynamics of a homogeneous oscillatory system operated in batch and under flow. RSC ADVANCES, v. 4, n. 57, p. 30412-30421, 2014. Citações Web of Science: 1.
PREVIDELLO, BRUNO A. F.; MACHADO, EDUARDO G.; VARELA, HAMILTON. The effect of the alkali metal cation on the electrocatalytic oxidation of formate on platinum. RSC ADVANCES, v. 4, n. 29, p. 15271-15275, 2014. Citações Web of Science: 10.

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