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Estudos teóricos de captura de CO2 em gás atmosférico por nanopartículas porosas

Processo: 19/08465-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Mestrado
Vigência (Início): 01 de julho de 2019
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2020
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
Pesquisador responsável:Kaline Rabelo Coutinho
Beneficiário:Alexsander Carvalho Vendite
Instituição-sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:17/11631-2 - Ciência Computacional de Materiais, AP.PCPE
Assunto(s):Materiais nanoestruturados   Método de Monte Carlo   Estrutura eletrônica   Simulação por computador

Resumo

O intenso desenvolvimento industrial provocou a liberação de enormes quantidades de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, em especial nas áreas urbanizadas. Este gás contribui significativamente para o efeito estufa, portanto sua participação na composição da atmosfera deve ser limitada. Assim, é de grande interesse ambiental a possibilidade de remover parte do CO2 atmosférico em áreas poluídas. Adicionalmente, este gás pode ser usado em outros processos para gerar energia. Uma condição importante para realizar a captura é sob pressão atmosférica, logo são necessárias características específicas no material capaz de exercer tal papel, como afinidade química e porosidade. A classe de materiais Metal-Organic Frameworks (MOFs) possui incontável variedade de estruturas, incluindo aquelas importantes para a captura de CO2. Existem dados experimentais que mostram a capacidade de captura de CO2 por MOF zinco-metilimidazolato framework-8 (ZIF-8) na literatura. Contudo, os estudos por meio de simulações com mecânica molecular não avaliam o efeito da superfície da ZIF-8 na captura. Portanto, este projeto visa estudar o potencial de captura de CO2 pela ZIF-8 com destaque na composição e distribuição de cargas dos átomos na superfície. A captura será considerada sob pressão atmosférica, variando as condições da superfície da ZIF-8, a temperatura e a umidade do gás. Além de avaliar a interação com outros gases abundantes na atmosfera, N2, O2, H2O e Ar. Para fazê-lo serão utilizadas (i) simulações moleculares clássicas pelo método de Monte Carlo, (ii) dinâmica de primeiros princípios, pela Dinâmica de Born-Oppenheimer (BOMD), e (iii) cálculos quânticos pelo método de Teoria de Funcionais de Densidade (DFT). Comparando os resultados entre todas as abordagens e os dados experimentais disponíveis na literatura será possível avaliar o método empregado. Adicionalmente, minuciosas análises serão realizadas para entender as interações e estruturação das moléculas de CO2 capturadas na ZIF-8.