Projetando electrocatalisadores: dos primeiros princípios às aplicações eficientes na geração de energia limpa

Resumo

Muitas reações industriais requerem um catalisador para ser economicamente viáveis. Assim, o projeto de materiais ativos, estáveis e acessíveis é uma das áreas mais importantes da química. O aprimoramento das propriedades dos catalisadores pode se atingir através da inserção de elementos na rede cristalina de um material ativo. O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de novos eletrocatalisadores de baixo custo para a reação de evolução de hidrogênio (REH). Esse é um dos processos-chave na conversão e armazenamento de energia limpa, no qual o desempenho dos catalisadores depende do pH do meio. A principal estratégia é investigar o efeito da dopagem com metais de transição na atividade catalítica de materiais à base de molibdênio. Os estudos serão realizados pelo uso da teoria do funcional da densidade, através do analise de descritores da atividade frente a REH para selecionar materiais promissores, e availando a atividade e a estabilidade desses materiais experimentalmente. Os principais tópicos de estudo a serem tratados são: (1) determinar sítios ativos frente a REH em catalisadores à base de molibdênio, como Mo2C e/ou MoSe2; (2) identificar as mudanças nas propriedades eletrônicas dos materiais parentais e dopantes após a inserção, prestando atenção especial aos descritores intrínsecos da atividade, como são a função de trabalho da superfície, o centro da banda d, e/ou a energia de adsorção de hidrogênio atômico; (3) estimar teoricamente o efeito do pH na atividade, e identificar possíveis catalisadores activos; (4) sintetizar os compostos identificados, e caracterizá-los por meio de diversas técnicas, como difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de absorção de raios-X in situ e voltametria cíclica; e, finalmente (5) avaliar a atividade eletrocatalítica frente a REH e a estabilidade desses materiais em uma ampla faixa de pHs. (AU)