Triagem de Catalisadores para a Separação Eletroquímica da Água com Base em Técnicas Computacionais para o Design de Materiais

• Processo: 23/12824-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Juarez Lopes Ferreira da Silva
• Beneficiário: Pedro Ivo Rodrigues Moraes
• 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): Catalisadores Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: catalisadores | Hidrogênio verde | Reação de evolução de hidrogênio | teoria do funcional da densidade | Química Computacional e Design de Materiais

Resumo

A dependência do petróleo e seus derivados como fonte de energia, juntamente com sua alta instabilidade no mercado devido à variação internacional de preços e influência política, incentiva a sociedade a buscar novas fontes de energia que sejam principalmente sustentáveis. A eletrólise da água combinada com fontes de energia renovável é uma tecnologia promissora para produzir hidrogênio verde. O processo eletroquímico global para a quebra da molécula de água envolve duas meia-reações, nomeadamente a reação de evolução do hidrogênio (HER) no cátodo e a reação de evolução do oxigênio (OER) no ânodo. Para que ambas reações ocorram de forma eficiente, são necessários eletrocatalisadores ativos para acelerar o processo lento e reduzir a sobretensão. A divisão eletroquímica da água hoje em dia, depende de metais nobres, Pt, e óxidos de metais nobres, IrO2 ou RuO2, como catalisadores. Devido à escassez e alto custo desses metais nobres, a implementação mundial é um desafio. Assim, a busca por metais não nobres ou a redução da quantidade de metais nobres usados em catalisadores tem sido amplamente estudada. Nesse contexto, o presente projeto pretende, utilizando uma abordagem computacional por meio da teoria do funcional de densidade (DFT), investigar catalisadores em nível atômico para aplicação na eletrólise da água com a intenção de reduzir ou evitar o uso de metais nobres. Além disso, pretendemos construir uma ferramenta baseada em aprendizado de máquina para acelerar o processo de adsorção de moléculas que estão presente durante o processo eletroquímico de quebra da molécula de água. Com o desenvolvimento deste projeto, pretendemos contribuir com a comunidade científica publicando os resultados em periódicos de qualidade, dando mais um passo rumo à solução de questões ainda em aberto.

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)

MOCELIM, MAURICIO; FONSECA, HENRIQUE A. B.; MORAES, PEDRO IVO R.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Unveiling Termination Preferences and Screening of Structural Space in Multi-Metal MXenes. ACS OMEGA, v. 10, n. 29, p. 16-pg., 2025-07-15. (18/21401-7, 21/05728-9, 23/12824-0, 17/11631-2, 23/15357-3)

MORAES, PEDRO IVO R.; PERACA, CARINA S. T.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Single-atom catalysts on ceria substrates: Exploring cluster and surface effects on methane activation. MOLECULAR CATALYSIS, v. 564, p. 10-pg., 2024-06-24. (21/03357-3, 23/12824-0)

RIBEIRO, ISRAEL C.; PICOLI, FELIPE D.; MORAES, PEDRO IVO R.; FONSECA, ANDRE F. V.; OLIVEIRA, LUIZ N.; NOGUEIRA, ANA FLAVIA; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Impact of Thin Film Thickness on the Structural, Energetic and Optoelectronic Properties of Two-Dimensional FPEA₂(MA_n-1)Pb_nI_3n+1 Perovskites. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 8, n. 6, p. 14-pg., 2025-03-12. (22/09312-4, 18/21401-7, 17/11631-2, 23/10395-4, 23/12824-0, 24/05637-1, 17/11986-5)

RIBEIRO, ISRAEL C.; MORAES, PEDRO IVO R.; BITTENCOURT, ALBERT F. B.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Unveiling the impact of organic cation passivation on structural and optoelectronic properties of two-dimensional perovskites thin films. Applied Surface Science, v. 678, p. 16-pg., 2024-09-04. (22/12778-5, 23/12824-0, 18/21401-7, 17/11631-2, 17/11937-4)