Programa de Pós Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais - PPGMQ-MG

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Navegando Programa de Pós Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais - PPGMQ-MG por Assunto "Adsorção"

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    Avaliação das propriedades físico-químicas de nanoclusters de níquel e paládio e seu potencial como catalisador na produção de hidrogênio verde
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2025-08-04) Souza, Tiago Mendes de; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; http://lattes.cnpq.br/7962146839706796; http://lattes.cnpq.br/9670276813114777; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; Viegas, Luís Pedro; Lopes, Juliana Fedoce; Silva, Mateus Xavier; Trigueiro, João Paulo Campos
    O hidrogênio verde consiste em uma alternativa aos combustíveis fósseis, no entanto, a sua produção a partir da água ainda é onerosa, empregando catalisadores de metais nobres. Tanto o níquel como o paládio têm propriedades catalíticas reconhecidas e a mistura desses dois metais pode fornecer propriedades termodinâmicas interessantes, assim como reduzir os custos no processo de produção de hidrogênio. Dado que o desenvolvimento de novos materiais se torna urgente para viabilizar a produção em larga escala desse gás, foram estudadas propriedades eletrônicas e estruturais de sistemas NimPdn−m. Sabendo que tanto a composição como o tamanho podem afetar as propriedades de clusters foram utilizados valores de n de 13, 27 e 41; e composições próximas à 0, 0%, 12, 5%, 25, 0%, 37, 5%, 50, 0%, 62, 5%, 75, 0%, 87, 5%, e 100, 0% de níquel. Para determinar a estrutura dos clusters unários, foram empregadas técnicas como o algoritmo genético (GA, do inglês genetic algorithm), e técnicas de mineração e clusterização de dados, como o k-means. Para a avaliação das propriedades dos clusters e nanoligas foram realizados cálculos DFT em dois níveis: um cálculo de triagem, menos preciso, e um cálculo final, mais acurado. Depois de finalizados os cálculos foram determinadas as propriedades eletrônicas e o coeficiente de Spearman foi calculado para determinar quais propriedades são responsáveis pela estabilização das ligas. Foi verificado que a formação das ligas é energeticamente favorável, ainda notamos que há variação das propriedades das partículas com o aumento do tamanho, por exemplo, o gap HOMO-LUMO tende a diminuir com o aumento do diâmetro da estrutura. Enfim, pela análise da correlação de Spearman notamos que as propriedades estruturais estão altamente correlacionadas com a estabilidade dos sistemas avaliados. Os clusters unários e binários (nanoligas) de 13 e 27 átomos mais estáveis obtidos na primeira parte desta tese foram selecionados para avaliação como eletrocatalisadores na reação de evolução do hidrogênio (HER, do inglês hydrogen evolution reaction). Esses sistemas já permitem avaliar os efeitos “core-shell” e da elevação do número de átomos sobre a HER. As configurações formadas pelo hidrogênio adsorvido aos clusters e ligas (NimPdn – mH) foram geradas e selecionadas com base em um novo protocolo, o qual empregou um algoritmo para gerar as estruturas iniciais combinado às técnicas de clusterização de dados para selecionar as estruturas mais representativas. Nesta parte foi empregada a correção de van der Waals nos cálculos DFT para descrever as interações intermoleculares. Além disso, a variação da energia de Gibbs (∆G) de cada configuração mais estável foi obtida por meio do modelo do eletrodo computacional de hidrogênio (CHE, do inglês computational hydrogen electrode). Se verificou que os clusters unários de 27 átomos e a liga Ni10Pd3 apresentaram os valores de ∆G mais próximos de zero (cerca −0, 44 eV e −0, 35 eV respectivamente) e, portanto, constituem os melhores catalizadores em reações de H2, dado que apresentam os valores de ∆G mais próximos de zero. Além disso, foi notado que há uma tendência de aumento em ∆G quando o tamanho dos clusters unários aumentou de 13 para 27 átomos, havendo uma tendência para valores próximos aos calculados para a fase bulk. O hidrogênio atômico se adsorve em sítios hollow e bridge nos clusters unários e binários (ligas) estudados. Por meio de uma análise de cargas parciais, verificou-se que os sítios nos quais o átomo H se ligou apresentam átomos com cargas parciais negativas, ou são formados por átomos de cargas parciais próximas a zero que estão ligados a átomos com cargas fortemente negativas. Este último caso foi observado apenas em clusters de geometria altamente simétrica. O valor de ∆G aumenta com a carga do átomo de hidro- gênio, o que implica em uma melhora da atividade catalítica em clusters que cederam pouca densidade eletrônica para o átomo H . Pode-se dizer que os protocolos adotados, tanto para os clusters isolados como para as configurações adsorvidas, permitiram a obtenção de amostras representativas que possibilitaram avaliar tanto as propriedades dos clusters e ligas como seus potenciais como catalisadores na HER.
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    Estudo da influência do grau de funcionalização de óxidos de grafeno sobre a adsorção de moléculas modelo em processos de remoção e em células de Li-S para armazenamento de energia
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-12-20) Justino, Danielle Diniz; Ortega, Paulo Fernando Ribeiro; Trigueiro, João Paulo Campos; Lavall, Rodrigo Lassarote; http://lattes.cnpq.br/2697679778703686; http://lattes.cnpq.br/9658097765240301; http://lattes.cnpq.br/5477183227065922; http://lattes.cnpq.br/6882150825707542; Ortega, Paulo Fernando Ribeiro; Trigueiro, João Paulo Campos; Amaral, Fábio Augusto do; Ferreira, Guilherme Max Dias; Siqueira Júnior, José Roberto; Santos Júnior, Garbas Anacleto dos
    Os Materiais grafênicos, como óxidos de grafeno (GO) e óxidos de grafeno reduzido (rGO), têm se destacado como adsorventes promissores devido às suas propriedades únicas, incluindo alta resistência mecânica, condutividade elétrica e versatilidade óptica. Esses materiais vêm sendo amplamente explorados para a remoção de contaminantes em meio aquoso, com foco na maximização da capacidade de adsorção. No entanto, a presença de grupos funcionais oxigenados introduz defeitos na estrutura e reduz a densidade eletrônica do sistema ?-conjugado, alterando o mecanismo de adsorção, especialmente para adsorvatos aromáticos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo investigar como o grau de funcionalização dos rGOs influencia o mecanismo de adsorção de corantes orgânicos, como o índigo carmim (IC) e o azul de metileno (AM), e avaliar a aplicação desses materiais na adsorção de polissulfetos em baterias de lítio-enxofre (Li-S). Os rGOs foram sintetizados por redução térmica em diferentes temperaturas (300, 700 e 1000 °C), resultando em materiais com teores variados de grupos funcionais oxigenados. Para os estudos com corantes, as isotermas de adsorção foram ajustadas por um modelo de multicamadas finitas (MCF) baseado em mecânica estatística. Os resultados demonstraram que a interação rGO-corante ocorre predominantemente via empilhamento ?-?, formando entre uma e duas camadas de adsorção. A remoção de grupos funcionais da superfície dos rGOs favoreceu a maximização da capacidade de adsorção dos corantes, atingindo 208 mg g?¹ para AM e 320 mg g?¹ para IC, além de reduzir a energia de adsorção e aumentar a fração de moléculas adsorvidas em orientação paralela. Em relação às baterias Li-S, a célula sem membrana alcançou uma capacidade específica de 866 mA h g?¹ a 0,1C, com perda média de 6 C g?¹ por ciclo. A incorporação de membranas à base de rGOs aumentou as capacidades específicas, com destaque para o rGO300@FWCNT, que atingiu 1143 mA h g?¹ a 0,1C e 618 mA h g?¹ a 4C, com perda média de 4 C g?¹ por ciclo. Os separadores funcionais à base de grafeno demonstraram eficácia na retenção de capacidade, com os rGOs mais funcionalizados adsorvendo maiores quantidades de polissulfetos polares, minimizando a autodescarga, o envenenamento do ânodo e maximizando a capacidade específica das células