Estudo ab initio dos efeitos de ligantes na estrutura atômica, eletrônica e estabilidade de nanoclusters de metais de transição

Resumo

O desenvolvimento de catalisadores com alta seletividade e baixo custo de produção é uma constante em química, o qual tem sua importância para um grande número de áreas tecnológicas. Nos últimos anos um grandes esforço tem sido realizado para o desenvolvimento de catalisadores para aplicação em novas fontes de energia renovável. Por exemplo, a produção de H2 a partir do etanol frente ao uso de combustíveis fósseis vem ganhando atenção nos últimos anos devido ao fato do etanol ser uma fonte renovável. Nesse campo de interesse, diversos estudos experimentais tem sugerido o uso de nanocatalisadores compostos por nanoclusters de metais de transição (TM), os quais podem adquirir uma reatividade maior em comparação com partículas macroscópicas devido à possibilidade de manipular as propriedades estruturais e energéticas em função da composição química, forma e tamanho dos nanoclusters. O desafio atual consiste na síntese e caracterização de nanocatalisadores bimetálicos (TMnTMm - nanoalloys) eficiêntes em termos de reatividade, condutividade e magnetísmo. Dentro desse contexto, muitos estudos tem se dedicado à influência de ligantes moleculares para estabilização e controle de tamanho dos nanoclusters em diversos ambientes químicos de síntese e de aplicação catalítica. Estudos experimentais recentes tem indicado a possibilidade de caracterização estrutural de nanopartículas com boa resolução para dimensões maiores que 3 nm. No entanto, para nanoclusters entre 1-3 nm ainda existe uma dificuldade para a metodologia experimental atual, prejudicando a compreensão de propriedades catalíticas oriundas de informações de nível atômico e de estrutura eletrônica. Um recurso utilizado na síntese de nanoclusters consiste no uso de ligantes moleculares para estabilização e controle de tamanho, no entanto, alguns estudos têm indicado uma modificação estrutural provocada pela adição de ligantes na superfície dos nanoclusters. Nesse sentido, para o melhor desenvolvimento de nanocatalisadores com ligantes, algumas questões que permanecem em aberto precisam de um estudo mais efetivo, como: (a) qual a influência de ligantes moleculares nas estruturas atômica e eletrônica de nanoalloys? (b) Quais as combinações entre TMnTMm e ligantes para a formação de sistemas mais estáveis no ambiente químico? (c) As alterações estruturais dos nanoalloys influenciam na sua eficiência catalítica com a adição de ligantes? (d) Qual a influência do solvente nesses sistemas? Um estudo utilizando métodos teóricos e computacionais pode contribuir para a resolução dessas questões. Neste projeto de doutorado, o aluno Diego Guedes Sobrinho terá o objetivo de estudar diversas combinações desses sistemas, bem como as propriedades de interesse catalítico em cada um deles, utilizando métodos ab initio (teoria do funcional de densidade). (AU)