Síntese controlada de single-atoms em PHI/PTI e suas aplicações em energia

• Processo: 21/14006-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2022
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Inorgânica
• Pesquisador responsável: Ivo Freitas Teixeira
• Beneficiário: Gabriel Ali Atta Diab
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 20/14741-6 - Nitretos de carbono grafítico como plataformas para single-atom fotocatálise: usando princípios de design para melhores desempenhos, AP.JP
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/04252-6 - Síntese controlada de single-atoms em PHI/PTI e suas aplicações em energia, BE.EP.DD
• Assunto(s): Fotocatálise Catálise heterogênea Materiais nanoestruturados Metais de transição Átomos Nitreto de carbono Triazinas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: catálise heterogênea | fotocatalise | Fotólise da Água | Nanomateriais | Nitretos de Carbono | Single-Atom Catalysis | Fotocatálise

Resumo

Esta proposta de doutorado direto começará com a síntese dos catalisadores baseados em Single-Atoms de metais de transição (SACs) estabilizados em nitretos de carbono do tipo PHI/PTI. Assim que a síntese do sistema fotocatalítico for concluída, bem como parte de sua caracterização, os mesmos serão testados em reações fotocatalíticas, pretendemos iniciar os testes pela reação de fotólise da água usando nossa infraestrutura, simultaneamente pretendemos iniciar o CO2 fotocatalítico redução na colaboração com a Profa. Lucia Mascaro (LIEC-UFSCar). Conforme mencionado no corpo da proposta, na reação de divisão da água o foco estará na reação de redução de prótons (Eq.1), que é a abordagem mais comum para esta reação fotocatalítica. Em um primeiro momento, usaremos as condições comumente utilizadas na literatura, que envolvem a adição de reagentes de sacrifício.2H + (aq) + 2e-  H2 (g) (Eq. 1). Dependendo dos resultados, o próximo desafio será acoplar a reação de redução de prótons (Eq.1) com a oxidação de água (Eq. 2) para operar simultaneamente fotocatalisado por um sistema único de single-atoms em PHI/PTI.H2O (l)  1/2O2 (g) + 2H + (aq) + 2e- (Eq. 2. )Na redução de CO2, o principal objetivo será obter o metanol o produto mais desejado a partir da redução de CO2 (Eq. 4). Portanto, utilizaremos as condições relatadas na literatura que favorecem este produto. CO2 + 6H + + 6e-  CH3OH + H2O (Eq. 4). Existem na literatura muitos relatos da redução de CO2 em CH4 (Eq. 5) fotocatalisado por nitreto de carbono polimérico dopado com nanopartículas metálicas. Portanto, também planejamos testar essas condições posteriormente. CO2 + 8H + + 8e-  CH4 + 2H2O (Eq. 5). Uma vez que os primeiros sistemas de single-atoms em PHI/PTI se mostrarem ativos, o aluno irá investigar seu mecanismo e estudar mais profundamente sua atividade fotocatalítica (por exemplo, fechar o balanço de carbono, experimentos com isótopos combinados com espectrometria MS, caracterização in-situ, etc) em colaboração com o Prof. Edman Tsang (University of Oxford-UK) durante seu estágio BEPE, conforme já acordado com o Prof. Edman Tsang. O aluno assim que voltar do seu estágio BEPE espera-se que o mecanismo de ação dos sistemas ativos baseados em singla-atoms em PHI/PTI já tenha sido completamente compreendido. Esses resultados certamente serão mais do que suficientes para uma ou mais publicações de alto impacto, e possivelmente uma patente. Nesta fase, o foco do projeto será utilizar os dados do mecanismo obtidos para retro-projetar os sistemas PHI/PTI-Single-Atoms mais ativos de forma controlada, a fim de melhorar sua eficiência e seletividade. (AU)

Publicações científicas

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(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)

ROGOLINO, ANDREA; FILHO, JOSE B. G.; FRITSCH, LORENA; ARDISSON, JOSE D.; DA SILVA, MARCOS A. R.; ATTA DIAB, GABRIEL ALI; SILVA, INGRID FERNANDES; FERREIRA MORAES, CARLOS ANDREE; FORIM, MOACIR ROSSI; BAUER, MATTHIAS; et al. Direct Synthesis of Acetone by Aerobic Propane Oxidation Promoted by Photoactive Iron(III) Chloride under Mild Conditions. ACS CATALYSIS, v. 13, n. 13, p. 8-pg., 2023-06-15. (21/14006-7, 21/13271-9, 20/14741-6, 21/11162-8)

OLIVEIRA, WANESSA L.; OLIVEIRA, EDUARDA FERREIRA DE; BATISTA, WALKER VINICIUS FERREIRA DO CARMO; MOURA, HENRIQUE A. J. L.; PIRES, MANOEL JOSE MENDES; COELHO, RAFAEL MENDES; DIAB, GABRIEL ALI ATTA; TEIXEIRA, IVO FREITAS; MARQUES, GLEISON; MASTELARO, VALMOR ROBERTO; et al. A metal-free catalyst based on g-C3N4 functionalized with cyamelurate-like groups: Catalytic properties and mechanism of a new heterogeneous Fenton-like catalyst. Carbon, v. 214, p. 12-pg., 2023-10-01. (21/14006-7, 21/13271-9, 20/14741-6, 21/11162-8)

OLIVEIRA, WANESSA L.; DA SILVA, MARCOS A. R.; DIAB, GABRIEL ALI ATTA; G FILHO, JOSE BALENA; PASTANA, VITOR G. S.; SILVA, LUANA L. B.; DE OLIVEIRA, EDUARDA FERREIRA; BATISTA, WALKER VINICIUS FERREIRA DO CARMO; DA CRUZ, TAIS DOS SANTOS; MASTELARO, VALMOR ROBERTO; et al. Selective Photocatalytic Benzene Oxidation Using Iron-Carbon Nitride Fragments Functionalized with Cyamelurate-Like Groups. CHEMPHOTOCHEM, v. N/A, p. 12-pg., 2024-11-20. (21/14006-7, 21/12394-0, 20/14741-6, 21/13271-9)

ROCHA, GUILHERME F. S. R.; DA SILVA, MARCOS A. R.; ROGOLINO, ANDREA; DIAB, GABRIEL A. A.; NOLETO, LUIS F. G.; ANTONIETTI, MARKUS; TEIXEIRA, IVO F.. Carbon nitride based materials: more than just a support for single-atom catalysis. CHEMICAL SOCIETY REVIEWS, v. 52, n. 15, p. 56-pg., 2023-07-06. (21/14006-7, 21/11162-8, 22/04748-9, 20/14741-6, 21/13271-9)

BATISTA, WALKER VINICIUS FERREIRA DO CARMO; DE OLIVEIRA, WANESSA LIMA; DE OLIVEIRA, EDUARDA FERREIRA; CRUZ, TAIS SANTOS; FERRARI, JEFFERSON LUIS; ARCHANJO, BRAULIO SOARES; GRIGOLETTO, SABRINA; FERREIRA, DALVA ESTER DA COSTA; PEREIRA, FABIANO VARGAS; DIAB, GABRIEL ALI ATTA; et al. Ni Single-Atoms Supported on N-Doped Carbon Prepared by Cation Exchange: Ultrafast Catalyst For The Reduction of Nitroarene Compounds Under Ambient Conditions. CHEMCATCHEM, v. 16, n. 18, p. 13-pg., 2024-07-16. (21/14006-7, 21/12394-0, 20/14741-6, 21/13271-9)