Funcionalização na superfície de Mxenes de carbetos e nitretos para o armazenamento de hidrogênio

• Processo: 24/05087-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Julio Ricardo Sambrano
• Beneficiário: Nicolas Ferreira Martins
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências (FC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
• Assunto(s): Adsorção Armazenamento de hidrogênio Funcionalização Materiais bidimensionais Química teórica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: adsorção | Armazenamento de hidrogênio | funcionalização | materiais 2D | multicamadas | MXene | Quimica teórica

Resumo

Diferentemente de combustíveis fósseis, o hidrogênio (H2) é uma alternativa sustentável e renovável no combate às mudanças climáticas, capaz de fornecer energia, a chamada energia verde, para diferentes plataformas, como automóveis, baterias e supercapacitores. Um dos grandes desafios é o armazenamento de H2, o qual possui diferentes propriedades dependendo da estrutura e técnica empregada. De forma alternativa, materiais bidimensionais (2D) têm sido uma escolha promissora ao armazenar H2 por possuir grande área superficial e vantagem de empilhamento em n camadas. Neste sentido, os Mxenes, estruturas lamelares geralmente baseadas em carbeto ou nitretos, têm cativado grande atenção em vista de seu processo de síntese acessível, flexibilidade a partir das diferentes terminações na superfície por grupos funcionais e possibilidade de interação com íons, metais ou moléculas. Por se tratar de uma nova classe de nanomaterial, ainda há poucos estudos avaliando a capacidade de retenção de H2 em vista do grande número de Mxenes sintetizados ou previstos teoricamente, e muitos destes sem considerar o efeito da terminação por diferentes agentes, fatores que são ampliados quando observado a influência do efeito multicamadas no armazenamento de H2. Considerando tais apontamentos, o atual projeto busca compreender o efeito das distintas terminações (-O, -OH, -H, -F e -Cl) na superfície dos Mxenes de carbetos (Ti3C2 e Ti4C3) e nitretos (TiN, Ti2N, Ti3N2 e Ti4N3) visando o armazenamento de H2. O estudo será conduzido via modelagem e simulação computacional baseada na teoria do funcional da densidade (DFT) aplicada a sistemas periódicos. Além disso, as abordagens em mono e multicamada dos Mxenes também serão consideradas com o objetivo de investigar o efeito conjunto dos grupos funcionais e espaçamento lamelar na capacidade gravimétrica e mecanismo de adsorção de H2.

Publicações científicas

(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)

LARANJEIRA, JOSE A. S.; MARTINS, NICOLAS F.; YE, LINGYU; SAMBRANO, JULIO R.; CHEN, XIHAO. Hydrogen storage engineering in PHE-graphene monolayer via potassium (K) decoration. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 123, p. 11-pg., 2025-04-29. (24/05087-1, 20/01144-0, 22/03959-6)

LARANJEIRA, JOSE A. S.; MARTINS, NICOLAS F.; AZEVEDO, SERGIO A.; DENIS, PABLO A.; SAMBRANO, JULIO R.. Unveiling the Superiority of naphthylene over biphenylene in silicon carbide 2D Architectures. COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE, v. 251, p. 8-pg., 2025-03-01. (24/05087-1, 22/16509-9, 22/03959-6, 20/01144-0)

MARTINS, NICOLAS F.; LARANJEIRA, JOSE A.; FABRIS, GUILHERME S. L.; DENIS, PABLO A.; SAMBRANO, JULIO R.. Irida-graphene as a high-performance anode for sodium batteries. JOURNAL OF ENERGY STORAGE, v. 104, p. 11-pg., 2024-12-20. (20/01144-0, 22/03959-6, 13/07296-2, 24/05087-1, 22/16509-9, 22/00349-2)