Arquiteturas Híbridas de Carbono e Nanopartículas Plasmônicas por Mecanoquímica: Estudo da Estrutura e Potencial Catalítico

• Processo: 25/15786-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2029
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Paulo Filho Marques de Oliveira
• Beneficiário: Steffany Luczynski Makara
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 20/14955-6 - Desenvolvendo uma nova geração de materiais avançados multicomponentes via síntese mecanoquímica, AP.JP
• Assunto(s): Estado sólido Hidrogênio Nanopartículas metálicas Óxido de grafeno
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Estado Sólido | Hidrogênio | mecanoquímica | nanopartículas metálicas | Óxido de Grafeno | Físico-Química de Materiais

Resumo

A demanda global por energia não para de crescer, ao mesmo tempo em que os efeitos dos gases de efeito estufa, sobretudo oriundos da queima de combustíveis fósseis, têm se ampliado e intensificado. Essas duas realidades demandam uma resposta científica e tecnológica urgente voltada ao desenvolvimento e aprimoramento de tecnologias para a geração limpa de energia. Do ponto de vista das ciências químicas e de materiais, as principais contribuições envolvem o desenvolvimento de materiais mais eficientes, capazes de mediar reações químicas relevantes de forma mais sustentável, como na produção de combustíveis renováveis, por exemplo, o hidrogênio via eletrólise da água, ou ainda a fixação de CO¿ e N¿ por diferentes rotas, bem como o uso de fontes de energia limpas para promover essas transformações (solar, elétrica proveniente de fontes renováveis, entre outras). Assim como se busca energia limpa e renovável, os materiais empregados nessas transformações químicas também devem ser preparados sob os mesmos princípios, de maneira mais verde, ambientalmente segura e eficiente. Nesse contexto, a síntese mecanoquímica tem ganhado destaque e abrangência tanto na pesquisa científica quanto em aplicações tecnológicas, permitindo a preparação de materiais avançados como nanopartículas metálicas, estruturas porosas altamente ordenadas, óxidos metálicos e materiais carbonáceos funcionalizados, como grafite, grafeno e nanotubos de carbono. Essa rota dispensa o uso de solventes e tratamentos pós-síntese, além de possibilitar a produção em curto tempo e, quando desejado, em larga escala. O presente projeto de doutorado tem como objetivo a síntese de nanopartículas metálicas de Au e Ag diretamente suportadas em óxido de grafeno. Propõe-se a preparação mecanoquímica desses materiais híbridos e a avaliação de seu desempenho em eletrocatálise na reação de desprendimento de hidrogênio (HER). As nanopartículas de Au e Ag apresentam propriedades plasmônicas, podendo ser ativadas por luz para amplificar a atividade catalítica, enquanto os materiais carbonáceos oferecem alta condutividade elétrica - uma vantagem significativa em aplicações eletroquímicas. Os parâmetros da síntese mecanoquímica em moinhos de esferas serão estudados em detalhe, buscando-se compreender seus efeitos na estrutura final dos materiais e, consequentemente, na atividade catalítica. Considerando que Au e Ag não são os catalisadores mais eficientes para HER, metais como Pd, Rh e Pt serão incorporados aos materiais plasmônicos. Além disso, o projeto prevê o estudo da estrutura local dos materiais híbridos e sua atividade eletroquímica in situ e operando por meio de espectroscopia de absorção de raios X. Serão também utilizadas técnicas como raio X PDF e HRTEM para investigar os efeitos do estresse mecânico na estrutura do óxido de grafeno e seus derivados. Esse projeto permitirá avançar tanto na funcionalização de materiais carbonáceos diretamente em estado sólido quanto na correlação entre estrutura - frequentemente localmente desordenada e, por isso, mais ativa - e atividade catalítica de materiais obtidos por rotas mecanoquímicas, com foco na produção de moléculas com alta densidade energética. (AU)