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

• Processo: 20/01187-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2022
• Área de 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
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC)
• Vinculado ao auxílio: 17/11631-2 - CINE: desenvolvimento computacional de materiais utilizando simulações atomísticas, meso-escala, multi-física e inteligência artificial para aplicações energéticas, AP.PCPE
• Assunto(s): Estrutura eletrônica Materiais porosos Seletividade Simulação por computador Método de Monte Carlo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Captura de CO2 | Estrutura eletrônica | Física Atômica e Molecular | materiais porosos | método de Monte Carlo | Simulação Computacional | Simulação Computacional

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.