Estudo teórico-computacional de materiais semicondutores com potencial fotocatalítico

• Processo: 20/03780-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de abril de 2020
• Vigência (Término): 31 de março de 2022
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Miguel Angel San Miguel Barrera
• Beneficiário: Luis Henrique da Silveira Lacerda
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 16/23891-6 - Modelagem computacional da matéria condensada, AP.TEM
• Assunto(s): Biologia de sistemas Semicondutores Estrutura eletrônica Fotocatálise Teoria do funcional da densidade Simulação por computador
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Estrutura eletrônica | semicondutores | Simulaçoes computacionais atomísticas | teoria do funcional da densidade | Física Computacional

Resumo

Atualmente, diversos problemas ambientais decorrentes do rápido progresso na urbanização, industrialização e grande aumento populacional têm sido enfrentados pela sociedade moderna, tais como a contaminação do ar, do solo e das águas. Em particular, os principais contaminantes dos efluentes e oceanos são compostos orgânicos oriundos da sedimentação industrial e outros compostos extensivamente presentes no cotidiano da humanidade, tais como fármacos, esteroides e hormônios, produtos de cuidado pessoal (fragrâncias, agentes de filtro solar, repelentes de insetos), antissépticos, surfactantes metabólicos, retardantes de chamas e aditivos da gasolina. Nesse contexto, os principais métodos para remediação de água empregados atualmente são adsorção, separações por membrana e tratamento biológico. Contudo, o emprego de tais formas de tratamento mostra-se inviável, seja pelo custo operacional, pela formação de contaminantes secundários no processo ou por propiciar o crescimento de bactérias cuja eliminação é ainda mais complexa. Por outro lado, pesquisadores ao redor do mundo têm se dedicado ao desenvolvimento de novos métodos para tratamento de efluentes. Nos últimos anos, a fotocatálise heterogênea tem se destacado como uma tecnologia promissora e uma alternativa de alto potencial para tratamento de efluentes contaminados com os mais diversos compostos químicos. O interesse nesse tipo de processo pode ser justificado pelo baixo custo econômico, alta eficiência, condições operacionais simplificadas e principalmente pelo uso de uma energia sustentável e extremamente abundante: a radiação solar. Por essa razão, o desenvolvimento de novos materiais para fotocatálise tem desempenhado papel fundamental no aprimoramento da eficiência de processos de degradação fotocatalítica dos mais diversificados contaminantes. No presente projeto, as propriedades estruturais, termodinâmicas e eletrônicas de MnMoO4 serão investigadas por meio de simulações computacionais baseadas na Teoria do Funcional de Densidade. Tal material é um semicondutor amplamente empregado no desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia, supercapacitores e aplicação em diversos processos eletroquímicos. O MnMoO4 apresenta um band gap de aproximadamente 2 eV, indicando a possibilidade de aplicação em processos ópticos relacionados a radiação na região do visível. Todavia, até o presente momento, o potencial fotocatalítico desse material não foi reportado. Portanto, a partir dos resultados obtidos para a estrutura eletrônica, mobilidade e taxa de recombinação dos portadores de carga (par elétron-buraco) será possível determinar seu potencial fotocatalítico visando sua aplicação em processos fotocatalíticos para tratamento de efluentes, bem como a possibilidade da produção de O2 e H2 através da quebra fotocatalítica da água catalisada pelo MnMoO4. Ademais, serão investigadas as propriedades morfológicas desse material de modo a determinar a relação entre morfologia e potencial fotocatalítico de tal material, possibilitando compreender quais as morfologias cristalinas preferenciais para aplicação como catalisador em processos fotocatalíticos. (AU)

Publicações científicas

(13)

(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)

SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; DE LAZARO, SERGIO RICARDO. Density Functional Theory investigation of rhombohedral multiferroic oxides for photocatalytic water splitting and organic photodegradation. JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY, v. 400, p. 17-pg., 2020-09-01. (20/03780-0, 16/23891-6)

ANDRADE, ALANA O. C.; LACERDAB, LUIS HENRIQUE DA SILVEIRA; LAGE, M. M.; SHARMA, SURENDER K.; DA COSTA, M. E. H. MAIA; ALVES, ODIVALDO C.; SANTOS, EVELYN C. S.; DOS SANTOS, C. C.; DE MENEZES, A. S.; SAN-MIGUEL, MIGUEL ANGEL; et al. Enhanced photocatalytic activity of BiOBr/ZnWO4 heterojunction: A combined experimental and DFT-based theoretical approach. Optical Materials, v. 138, p. 11-pg., 2023-03-28. (16/23891-6, 17/26105-4, 13/07296-2, 20/03780-0)

LACERDA, LUIS HENRIQUE DA SILVEIRA; DE LAZARO, SERGIO RICARDO. A broad theoretical investigation ofR-3,R3c, andR-3cpolymorphs of FeCrO₃. Journal of the American Ceramic Society, v. 103, n. 10, p. 12-pg., 2020-06-15. (16/23891-6, 20/03780-0)

LACERDA, L. H. S.; LAZARO, SERGIO RICARDO DE. Surface and morphology investigation of FeCrO3 material in ilmenite-, corundum- and lithium niobate- polymorphs. SURFACES AND INTERFACES, v. 22, FEB 2021. (16/23891-6, 20/03780-0)

LACERDA, LUIS HENRIQUE DA SILVEIRA; DE LAZARO, SERGIO RICARDO. A broad theoretical investigation ofR-3,R3c, andR-3cpolymorphs of FeCrO3. Journal of the American Ceramic Society, v. 103, n. 10, SI, JUN 2020. (16/23891-6, 20/03780-0)

LACERDA, LUIS HENRIQUE DA SILVEIRA; SAN-MIGUEL, MIGUEL ANGEL; DE LAZARO, SERGIO RICARDO. Surface and morphological studies of LiNbO3: p-type semiconductivity on stoichiometric surfaces. NEW JOURNAL OF CHEMISTRY, v. 45, n. 36, AUG 2021. (17/26105-4, 16/23891-6, 20/03780-0, 13/07296-2)

DA SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; SAN-MIGUEL, MIGUEL A.. DFT approaches unraveling the surface and morphological properties of MnMoO4. Applied Surface Science, v. 567, NOV 30 2021. (20/03780-0, 13/07296-2, 16/23891-6, 17/26105-4)

DE LAZARO, SERGIO RICARDO; ROSA, GUILHERME BONIFACIO; PONTES RIBEIRO, RENAN AUGUSTO; DA SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; DE OLIVEIRA, MARISA CARVALHO; LONGO, ELSON. Hybrid exchange-correlation functionals for van der Waals TiSe2 material: Parametrization versus a posteriori D3 dispersion corrections. COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE, v. 214, p. 6-pg., 2022-08-04. (20/03780-0, 21/01651-1, 13/07296-2, 16/23891-6, 17/26105-4)

LIPSKY, FELIPE; DA SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; DE LAZARO, SERGIO RICARDO; LONGO, ELSON; ANDRES, JUAN; SAN-MIGUEL, MIGUEL ANGEL. Unraveling the relationship between exposed surfaces and the photocatalytic activity of Ag3PO4: an in-depth theoretical investigation. RSC ADVANCES, v. 10, n. 51, p. 30640-30649, AUG 19 2020. (13/07296-2, 16/23891-6, 20/03780-0)

DA SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; LONGO, ELSON; ANDRES, JUAN; SAN-MIGUEL, MIGUEL ANGEL. A diagnosis approach for semiconductor properties evaluation from ab initio calculations: Ag-based materials investigation. Journal of Solid State Chemistry, v. 305, JAN 2022. (16/23891-6, 17/26105-4, 20/03780-0, 13/07296-2)

DA SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; SAN-MIGUEL, MIGUEL ANGEL. Unraveling the MnMnO4 polymorphism: a comprehensive DFT investigation of alpha, beta, and omega phases. Journal of Materials Science, v. 57, n. 22, p. 18-pg., 2022-05-23. (17/26105-4, 16/23891-6, 13/07296-2, 20/03780-0)

LACERDA, L. H. S.; LAZARO, SERGIO RICARDO DE. Surface and morphology investigation of FeCrO₃ material in ilmenite-, corundum- and lithium niobate- polymorphs. SURFACES AND INTERFACES, v. 22, p. 12-pg., 2021-02-01. (16/23891-6, 20/03780-0)

DA SILVEIRA LACERDA, LUIS HENRIQUE; DE LAZARO, SERGIO RICARDO. Magneto-optical coupling and Kerr effect in PbNiO3, PbCrO3, and PbMnO3 multiferroics: An excited-states approach. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 514, p. 8-pg., 2020-11-15. (16/23891-6, 20/03780-0)