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Estudo teórico de captura de CO2 em materiais porosos: ZIF-78 e similares

Processo: 20/01187-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de agosto de 2020
Vigência (Término): 31 de julho de 2021
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
Pesquisador responsável:Kaline Rabelo Coutinho
Beneficiário:Emanuel Fernandes Dias Mancio
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):Estrutura eletrônica   Materiais porosos   Seletividade   Simulação por computador   Método de Monte Carlo

Resumo

Metal-Organic Frameworks (MOFs) constituem uma classe de materiais que apresenta nanoporos estruturados cristalinos que têm sido o foco de intensa pesquisa na última década. Embora o potencial de MOFs para a captura de CO2 seja reconhecido, uma caracterização sistemática das interações entre MOFs e as moléculas mais abundantes no gás atmosférico, e como estas interações podem ser moduladas quimicamente para permitir uma maior seletividade permanece ausente na literatura científica. Dentre as MOFs, a ZIF-78, que tem topologia conhecida como gmelinite (GME), se apresenta como uma grande candidata para captura de CO2. Ela apresenta alta seletividade de CO2 em relação ao CH4 e ao N2, gases abundantes na atmosfera. Comparando-a com seus similares (outras ZIF-GME), embora possua um poro central menor, identifica-se maior seletividade e capacidade de captura de CO2. Tais características a torna um contra-exemplo, ao comum entendimento de que há uma proporção direta entre o tamanho do poro central e a capacidade de absorção de gases. Ademais, a presença de poro menor e um aumento na energia de absorção de CO2 observados experimentalmente, podem indicar que o efeito de superfície é importante no processo de captura. Portanto, um estudo teórico da ZIF-78, comparando as interações na superfície e nos poros, pode fornecer melhor compreensão dos mecanismos envolvidos nos processos de captura de CO2. Neste projeto, iremos realizar simulações computacionais em nível atomístico de nanopartículas de ZIF-78 com gases de moléculas abundantes no gás atmosférico e CO2 para melhor compreender as interações na superfície e nos poros.