Síntese controlada de single-atoms em PHI/PTI e suas aplicações em energia

Resumo

Esta proposta de doutorado direto começará com a síntese dos catalisadores baseados em Single-Atoms de metais de transição (SACs) estabilizados em nitretos de carbono do tipo PHI/PTI. Assim que a síntese do sistema fotocatalítico for concluída, bem como parte de sua caracterização, os mesmos serão testados em reações fotocatalíticas, pretendemos iniciar os testes pela reação de fotólise da água usando nossa infraestrutura, simultaneamente pretendemos iniciar o CO2 fotocatalítico redução na colaboração com a Profa. Lucia Mascaro (LIEC-UFSCar). Conforme mencionado no corpo da proposta, na reação de divisão da água o foco estará na reação de redução de prótons (Eq.1), que é a abordagem mais comum para esta reação fotocatalítica. Em um primeiro momento, usaremos as condições comumente utilizadas na literatura, que envolvem a adição de reagentes de sacrifício.2H + (aq) + 2e-  H2 (g) (Eq. 1). Dependendo dos resultados, o próximo desafio será acoplar a reação de redução de prótons (Eq.1) com a oxidação de água (Eq. 2) para operar simultaneamente fotocatalisado por um sistema único de single-atoms em PHI/PTI.H2O (l)  1/2O2 (g) + 2H + (aq) + 2e- (Eq. 2. )Na redução de CO2, o principal objetivo será obter o metanol o produto mais desejado a partir da redução de CO2 (Eq. 4). Portanto, utilizaremos as condições relatadas na literatura que favorecem este produto. CO2 + 6H + + 6e-  CH3OH + H2O (Eq. 4). Existem na literatura muitos relatos da redução de CO2 em CH4 (Eq. 5) fotocatalisado por nitreto de carbono polimérico dopado com nanopartículas metálicas. Portanto, também planejamos testar essas condições posteriormente. CO2 + 8H + + 8e-  CH4 + 2H2O (Eq. 5). Uma vez que os primeiros sistemas de single-atoms em PHI/PTI se mostrarem ativos, o aluno irá investigar seu mecanismo e estudar mais profundamente sua atividade fotocatalítica (por exemplo, fechar o balanço de carbono, experimentos com isótopos combinados com espectrometria MS, caracterização in-situ, etc) em colaboração com o Prof. Edman Tsang (University of Oxford-UK) durante seu estágio BEPE, conforme já acordado com o Prof. Edman Tsang. O aluno assim que voltar do seu estágio BEPE espera-se que o mecanismo de ação dos sistemas ativos baseados em singla-atoms em PHI/PTI já tenha sido completamente compreendido. Esses resultados certamente serão mais do que suficientes para uma ou mais publicações de alto impacto, e possivelmente uma patente. Nesta fase, o foco do projeto será utilizar os dados do mecanismo obtidos para retro-projetar os sistemas PHI/PTI-Single-Atoms mais ativos de forma controlada, a fim de melhorar sua eficiência e seletividade. (AU)