Estudo de nanopartículas de platina para reações de evolução de hidrogênio: Aproximando experimentos da teoria

• Processo: 24/17010-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: James Moraes de Almeida
• Beneficiário: Carlos Eduardo Gonçalves Santos
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 23/09820-2 - Design de materiais: dos materiais quânticos às aplicações em energia, AP.TEM
• Assunto(s): Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Absorção de Raios-X | Catálise Computacional | Reação de evolução de hidrogênio | teoria do funcional da densidade | Catálise computacional

Resumo

O objetivo deste projeto é estudar nanopartículas de platina (Pt) como catalisadores para a reação de evolução de hidrogênio (HER) através de simulações computacionais. A HER é um processo fundamental para a produção de hidrogênio, sendo uma fonte de energia renovável e limpa. No entanto, a platina é um material caro e escasso, limitando sua adoção em larga escala.Neste projeto, serão utilizadas simulações de Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para estudar as propriedades catalíticas das nanopartículas de platina. As simulações serão realizadas para nanopartículas de diferentes tamanhos, a fim de entender como essas variáveis afetam a eficiência catalítica.Além disso, serão realizadas simulações de espectroscopia de absorção de raios-X near-edge (XANES) para estudar a estrutura eletrônica e os ambientes de ligação local dos átomos de platina nas nanopartículas. Essas simulações serão comparadas com experimentos realizados em uma célula eletrocatalítica acoplada a uma linha de luz do Sirius.Os resultados obtidos serão analisados observando o acordo com os espectros obtidos experimentalmente no processo de catálise com absorção de raios-X in situ.Assim, planejamos identificar os sítios ativos na eletrocatálise durante seu processo e para diferentes potenciais. O objetivo deste projeto é estudar nanopartículas de platina (Pt) como catalisadores para a reação de evolução de hidrogênio (HER) através de simulações computacionais. A HER é um processo fundamental para a produção de hidrogênio, sendo uma fonte de energia renovável e limpa. No entanto, a platina é um material caro e escasso, limitando sua adoção em larga escala.Neste projeto, serão utilizadas simulações de Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para estudar as propriedades catalíticas das nanopartículas de platina. As simulações serão realizadas para nanopartículas de diferentes tamanhos, a fim de entender como essas variáveis afetam a eficiência catalítica.Além disso, serão realizadas simulações de espectroscopia de absorção de raios-X \textit{near-edge} (XANES) para estudar a estrutura eletrônica e os ambientes de ligação local dos átomos de platina nas nanopartículas. Essas simulações serão comparadas com experimentos realizados em uma célula eletrocatalítica acoplada a uma linha de luz do Sirius.Os resultados obtidos serão analisados observando o acordo com os espectros obtidos experimentalmente no processo de catálise com absorção de raios-X in situ.Assim, planejamos identificar os sítios ativos na eletrocatálise durante seu processo e para diferentes potenciais. O objetivo final do projeto é contribuir para o desenvolvimento de catalisadores mais eficientes baseados em platina, pois com a identificação dos sítios mais ativos, futuras sínteses podem ser guiadas de maneira a se construírem nanoestruturas com maior quantidade de tais sítios.