Estudo das propriedades estruturais e energéticas de nanoligas formadas por CeO2-ZrO2 via cálculos de dinâmica molecular

• Processo: 20/10532-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2022
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Juarez Lopes Ferreira da Silva
• Beneficiário: Mylena Novaes Santos
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , 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): Nanopartículas Óxido de cério Zircônia Propriedades estruturais Simulação de dinâmica molecular
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Efeitos de tamanho | Estabilidade Termodinamica | Formação de vacâncias em função da temperatura | Nanopartículas | Óxido de Cério | óxido de zircônio | Ciência Computacional de Materiais

Resumo

Diante do aquecimento global intensificado pelo aumento na emissão de CO2 oriundo da queima de combustíveis fósseis, há uma busca urgente por meios de mitigar a emissão de dióxido de carbono, uma vez que as mudanças climáticas podem ser irreversíveis. Assim, como abordagem promissora para a diminuição das emissões de CO2 e substituição do uso de combustíveis fósseis tem-se a conversão de dióxido de carbono em produtos químicos e combustíveis de alto valor agregado, como por exemplo o metanol (CH3OH), o qual pode ser obtido através da hidrogenação por catálise heterogênea na qual faz-se uso de diferentes materiais nanoestruturados. Uma nanoliga (uma nanopartícula formada por mais de um ou dois metais), pode ter propriedades específicas aprimoradas ou induzidas devido a efeitos sinérgicos dos átomos existentes em sua estrutura. Além disso, sua aplicação em catálise é potencialmente promissora em comparação aos bulks análogos. Desta forma, a formação de uma nanoliga Ce1-xZrxO2 resulta em um aumento da performance do catalisador por promover maior resistência à sinterização, maior redutibilidade do óxido e aprimorar a capacidade de armazenamento de oxigênio. No entanto, para que a nanoliga possa atingir a melhor performance é necessário um entendimento acerca da correlação entre as frações dos íons Ce+4 e Zr+4, a estrutura química do material e os efeitos da temperatura em suas propriedades estruturais e energéticas. Então, para tanto, neste trabalho serão realizadas simulações de Dinâmica Molecular (DM) com campos de força clássicos (de segunda-geração) implementados no pacote de simulação por dinâmica molecular LAMMPS para o estudo de tais propriedades das nanopartículas formadas por misturas binárias de Ce1-xZrxO2, possibilitando a obtenção de propriedades estruturais e físico-químicas como difusividade e condutividade iônica. Serão utilizadas diferentes técnicas de análises assim como cálculo de propriedades de transporte dos átomos dos sistemas para obter o entendimento completo das propriedades catalíticas, as quais serão avaliadas em termos de seus potenciais eletrostáticos, energias de excesso e etc.