Triagem de Catalisadores para a Separação Eletroquímica da Água com Base em Técnicas Computacionais para o Design de Materiais

Resumo

A dependência do petróleo e seus derivados como fonte de energia, juntamente com sua alta instabilidade no mercado devido à variação internacional de preços e influência política, incentiva a sociedade a buscar novas fontes de energia que sejam principalmente sustentáveis. A eletrólise da água combinada com fontes de energia renovável é uma tecnologia promissora para produzir hidrogênio verde. O processo eletroquímico global para a quebra da molécula de água envolve duas meia-reações, nomeadamente a reação de evolução do hidrogênio (HER) no cátodo e a reação de evolução do oxigênio (OER) no ânodo. Para que ambas reações ocorram de forma eficiente, são necessários eletrocatalisadores ativos para acelerar o processo lento e reduzir a sobretensão. A divisão eletroquímica da água hoje em dia, depende de metais nobres, Pt, e óxidos de metais nobres, IrO2 ou RuO2, como catalisadores. Devido à escassez e alto custo desses metais nobres, a implementação mundial é um desafio. Assim, a busca por metais não nobres ou a redução da quantidade de metais nobres usados em catalisadores tem sido amplamente estudada. Nesse contexto, o presente projeto pretende, utilizando uma abordagem computacional por meio da teoria do funcional de densidade (DFT), investigar catalisadores em nível atômico para aplicação na eletrólise da água com a intenção de reduzir ou evitar o uso de metais nobres. Além disso, pretendemos construir uma ferramenta baseada em aprendizado de máquina para acelerar o processo de adsorção de moléculas que estão presente durante o processo eletroquímico de quebra da molécula de água. Com o desenvolvimento deste projeto, pretendemos contribuir com a comunidade científica publicando os resultados em periódicos de qualidade, dando mais um passo rumo à solução de questões ainda em aberto.