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Simulações Mutiescala Aplicadas à Redução do CO2 em Nanopartículas Metálicas: Efeitos de Tamanho das Nanopartículas e Concentração de Adsorvatos

Processo: 19/05561-7
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de agosto de 2019
Vigência (Término): 31 de julho de 2023
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Juarez Lopes Ferreira da Silva
Beneficiário:Lucas Garcia Verga
Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Empresa Sede:Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC)
Vinculado ao auxílio:17/11631-2 - Ciência Computacional de Materiais, AP.PCPE
Bolsa(s) vinculada(s):21/07129-5 - Redução de CO2 em superfícies intermetálicas de Cu-Au: efeitos do ordenamento atômico e concentração de adsorvatos, BE.EP.PD
Assunto(s):Metais de transição   Teoria do funcional da densidade   Química teórica   Multiescala
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Efeitos de Tamanho | Metais de Transição | multiescala | química quântica computacional | Sistemas Finitios (Nanoclusters) | teoria do funcional da densidade | Química Teórica

Resumo

Transformar quimicamente CO2 em produtos de alto valor agregado é uma estratégia para lidar com desafios urgentes relacionados à exaustão das fontes de combustíveis fósseis, ao aumento da demanda energética mundial e aos alarmantes níveis de CO2 na atmosfera. Este processo permite armazenar a energia excedente de fontes renováveis em combustíveis e outros produtos químicos que normalmente seriam obtidos via combustíveis fósseis e, simultaneamente, reduzir a concentração de CO2 na atmosfera, utilizando-o como reagente. O desenvolvimento de catalisadores mais eficientes é parte essencial para tornar tais tecnologias economicamente viáveis. Otimizar catalisadores é uma tarefa desafiadora devido ao alto número de variáveis envolvidas no processo. Por exemplo, para catalisadores no estado da arte, como nanopartículas metálicas suportadas em diferentes materiais, diversas rotas podem ser utilizadas para otimizações como alterações no tamanho, formato e composição das nanopartículas e alterações dos suportes. Sendo assim, desenvolver um estudo sistemático e aprofundado sobre cada uma dessas variáveis é um passo indispensável na busca por novos catalisadores, onde simulações computacionais possuem um papel crucial. No entanto, estudos computacionais detalhados nesta área presupõem o uso de métodos computacionalmente caros, como a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), gerando situações onde o pesquisador precisa balancear a precisão do método e do modelo utilizado e o custo computacional. Neste projeto, pretendemos estudar como o tamanho das nanopartículas e a concentração de adsorvatos afeta propriedades catalíticas das superfícies de nanopartículas. Normalmente, tais efeitos são estudados separadamente devido ao alto custo computacional em tratá-los com DFT, gerando um hiato de conhecimento sobre a ação combinada de tais efeitos. Neste projeto, buscaremos novas metodologias para tratar tais questões, parametrizando Hamiltonianos com o método de cluster expansions. Buscaremos também reduzir o custo computacional associado às parametrizações dos Hamiltonianos, explorando técnicas de aprendizado de máquina e outras aproximações com base em propriedades físicas dos sistemas. Assim, esperamos fornecer uma significativa contribuição científica, desenvolvendo uma nova metodologia para tratar tais efeitos, a qual seria útil para diversas pesquisas na área de catalisadores e aplicando-a na busca por catalisadores mais ativos e seletivos para a redução do CO2.

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Publicações científicas (8)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ZIBORDI-BESSE, LARISSA; VERGA, LUCAS G.; OCAMPO-RESTREPO, VIVIANNE K.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Ab initio investigation of the formation mechanism of nano-interfaces between 3d-late transition-metals and ZrO2 nanoclusters. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 22, n. 15, p. 8067-8076, . (19/05561-7, 17/11631-2, 18/21401-7)
BRASIL, HENRIQUE; BITTENCOURT, ALBERT F. B.; YOKOO, KATHLEN C. E. S.; MENDES, PAULO C. D.; VERGA, LUCAS G.; ANDRIANI, KARLA F.; LANDERS, RICHARD; DA SILVA, JUAREZ L. F.; VALENCA, GUSTAVO P.. ynthesis modification of hydroxyapatite surface for ethanol conversion: The role of the acidic/basic sites rati. JOURNAL OF CATALYSIS, v. 404, p. 802-813, . (17/11631-2, 18/11152-0, 19/05561-7, 18/21401-7)
OCAMPO-RESTREPO, VIVIANNE K.; VERGA, LUCAS G.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. b Initio Study of the C-O Bond Dissociation in CO2 Reduction by Redox and Carboxyl Routes on 3d Transition Metal System. Journal of Physical Chemistry C, v. 125, n. 48, p. 26296-26306, . (17/11631-2, 19/05561-7, 18/21401-7)
MENDES, PAULO C. D.; VERGA, LUCAS G.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Ab initio screening of Pt-based transition-metal nanoalloys using descriptors derived from the adsorption and activation of CO2. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 23, n. 10, p. 6029-6041, . (18/21401-7, 17/11631-2, 19/05561-7)
BATISTA, KRYS E. A.; SOARES, MARINALVA D.; QUILES, MARCOS G.; PIOTROWSKI, MAURICIO J.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Energy Decomposition to Access the Stability Changes Induced by CO Adsorption on Transition-Metal 13-Atom Clusters. JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, v. 61, n. 5, p. 2294-2301, . (18/21401-7, 17/11631-2, 19/05561-7)
RASTEIRO, LETICIA F.; DE SOUSA, RAFAEL A.; VIEIRA, LUIZ H.; OCAMPO-RESTREPO, VIVIANNE K.; VERGA, LUCAS G.; ASSAF, JOSE M.; DA SILVA, JUAREZ L. F.; ASSAF, ELISABETE M.. Insights into the alloy-support synergistic effects for the CO2 hydrogenation towards methanol on oxide-supported Ni5Ga3 catalysts: An experimental and DFT study. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 302, . (17/11631-2, 15/06246-7, 19/05561-7, 18/21401-7, 18/12021-6, 14/50279-4, 17/22671-5, 19/22260-0)
VERGA, LUCAS G.; MENDES, PAULO C. D.; OCAMPO-RESTREPO, VIVIANNE K.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. xploring the adsorption site coordination as a strategy to tune copper catalysts for CO2 electro-reductio. CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 12, n. 3, p. 869-879, . (17/11631-2, 18/21401-7, 19/05561-7, 21/07129-5)
FONSECA, HENRIQUE A. B.; VERGA, LUCAS G.; DA SILVA, JUAREZ L. F.. Ab Initio Study of CO2 Activation on Pristine and Fe-Decorated WS2 Nanoflakes. Journal of Physical Chemistry A, v. 125, n. 36, p. 7769-7777, . (19/05561-7, 18/17462-0, 18/21401-7, 17/11631-2)

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