Implementação do método Parallel Tempering Monte Carlo para o estudo de propriedades termodinâmicas de nanoclusters

Resumo

Um numero muito grande de reacoes quimicas acontecem todos os dias em industrias quimicas para a producao de uma grande variedade de produtos, os quais sao essenciais para o nosso bem estar, conforto, sobrevivencia, e defesa. Catalisadores sao partes essenciais em reacoes quimicas pois permitem aumentar a velocidade das reacoes atraves da reducao da barreira de energia que separa os reagentes dos produtos. Neste contexto, um dos principais problemas para o uso comercial de etanol em celulas de combustivel, as quais possuem melhor eficiencia que motores de combustao, e o desenvolvimento de catalisadores, os quais sejam eficientes, estaveis, e com baixo custo de producao para a producao de hidrogenio usando etanol. Nos ultimos anos, um grande numero de estudos experimentais tem sugerido que nanoparticulas (NPs) de metais de transicao podem contribuir de forma significativa para o desenvolvimento de nanocatalisadores, devido a alta reatividade observada em NPs em comparacao com particulas macroscopicas, e principalmente, devido a possibilidade de combinar dois ou mais elementos quimicos em uma unica particula ou atraves da alteracao da forma geometrica das particulas, o que pode contribuir para o aumento da reatividade. Resultados experimentais tem demonstrado que NPs podem ser utilizadas tambem em aplicacoes em medicina, abrindo a possibilidade para novos tratamentos e melhorando a eficienia de tratamentos existentes. Portanto, existe um grande interesse em entender quais parametros fisicos e quimicos (tamanho, geometria, composicao quimica, estabilidade termodinamica, reatividade, etc) determinam o successo ou o fracasso de um nanocatalisador. Varios estudos tem sido realizados, entretanto, o nosso entendimento atomistico da estabilidade termodinamica de NPs de metais de transicao esta longe do ideal devido aos poucos estudos existentes. Neste projeto de mestrado, temos o interesse de contribuir para o avanco do estudo da estabilidade termodinamica de NPs de metais de transicao (Pt, Rh, Pd, etc, ligas). Para atingir estes objetivos, vamos estudar as propriedades termodinamicas de NPs em funcao da temperatura, composicao quimica, tamanho, e forma geometrica, utilizando simulacoes computacionais com base no metodo de Monte Carlo e potenciais empiricos (Quantum Sutton-Chen) e potenciais de primeiros principios com base na teoria do funcional da densidade implementada no codigo FHI-AIMS).