Estudo das Propriedades Estruturais e Energéticas de Nanoligas Formadas por CeO2-ZrO2 via Cálculos de Dinâmica Molecular

• Processo: 20/10532-3
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Vigência (Início): 01 de novembro de 2020
• Vigência (Término): 31 de outubro de 2021
• Área do 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
• Vinculado ao auxílio: 17/11631-2 - Ciência Computacional de Materiais, AP.PCPE
• Assunto(s): Nanopartículas Óxido de cério Zircônia

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.