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Computational study on the CO2 reduction intermediates over Cu55 nanoclusters doped with cobalt

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dc.contributor.advisorGalvão, Breno Rodrigues Lamaghere
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7962146839706796
dc.contributor.authorNascimento, Guilherme von Rondow
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3967554101211614
dc.contributor.refereeGalvão, Breno Rodrigues Lamaghere
dc.contributor.refereeAbreu, Heitor Avelino de
dc.contributor.refereeMattos, Thiago Gomes de
dc.date.accessioned2025-04-02T12:07:12Z
dc.date.available2025-04-02T12:07:12Z
dc.date.issued2022-12-15
dc.description.abstractOs principais problemas ambientais, como o efeito estufa, são decorrentes do avanço da industrialização e da exploração excessiva dos combustíveis fósseis. A queima destes combustíveis libera uma grande quantidade de CO2 na atmosfera. Nesse contexto, a redução eletroquímica do CO2 oferece a possibilidade de remover este poluente da atomosfera e transformá-lo em produtos químicos de forma sustentável. Assim, investigar os intermediários eletroquímicos da redução pode fornecer insights sobre os mecanismos para converter CO2 eletroquimicamente. Neste trabalho, algumas etapas da redução eletroquímica do CO2 é estudada usando a Teoria do Funcional Densidade (DFT), funcional PBE com correção D3 implementada no pacote de simulação Viena ab initio (VASP). Como primeiro passo, cálculos são realizados para determinar a estrutura de menor energia para um cluster de 55 átomos. Depois, um átomo de cobre foi substituído por um átomo de cobalto em diferentes posições possíveis. Para investigar as interações entre o adsorbato e os aglomerados, cálculos preliminares de triagem são realizados para fornecer uma prévia dos locais e possibilidades de adsorção. As configurações mais relevantes são posteriormente refinadas com cálculos de nível superior. Os resultados mostram que H, OH, CO e COH tendem a adsorver em sítios hollow, enquanto HCO tem preferência em sítios bridge. Quando o cluster é dopado em subsuperfície, os adsorbatos H e COH mantêm sua preferência por sítios hollow, o mesmo acontece com HCO, que se mantém em sítio bridge, enquanto OH e CO preferem adsorver em sítios de bridge e top respectivamente. Se o átomo dopante estiver presente na superfície do cluster, H, OH e COH adsorvem em sítios hollow, enquanto CO e HCO têm preferência em adsorver em sítios top e bridge, respectivamente. Cálculos empregando o modelo do eletrodo de hidrogênio foram realizados com os sistemas mais estáveis, a adsorção do CO é favorável, entretanto a formação do COH e HCO requerem mais energia, resultados mostram também que a dopagem apresenta maiores diferenças quando a mesma é feita na superfície do cluster.
dc.description.abstractotherMajor environmental problems, such as greenhouse, are arising from advances in industrialization and the excessive exploration of fossil fuels. The burning of these fuels releases a large amount of CO2 in the atmosphere. In this context, the electrochemical reduction of CO2 offers the possibility of removing this pollutant from the atmosphere and transforming it into chemical products in a sustainable way. Thus, investigating the electrochemical intermediates reduction may provide insights into the mechanistic pathways of converting CO2 electrochemically. In this work, some steps of the electrochemical reduction CO2 is studied using Density Functional Theory (DFT), PBE functional with D3 dispersion correction implemented in the Vienna ab initio simulation package (VASP). As a first step, calculations are made to determine the lowest energy structure for a cluster with 55 atoms. Afterwards, one atom of copper has been replaced by a cobalt atom in different possible positions. For investigating the interactions between the adsorbate and the clusters, preliminary screening calculations are performed to provide a first glimpse on the adsorption sites and possibilities. The most relevant configurations are later refined with higher level calculations. The results show that H, OH, CO and COH have a tendency to adsorb in hollow sites, while HCO has a preference for bridge ones. When the cluster is doped in the subsurface, the adsorbates H and COH maintain their preference for hollow sites, the same happens with HCO, which maintain in bridge site, while OH and CO prefer to adsorb in bridge and top sites respectively. If the dopant atom is present in the surface of the nanocluster, H, OH and COH adsorb in hollow sites, while CO and HCO have a preference to adsorb in top and bridge sites respectively. Calculations employing the computational hydrogen electrode model were performed with the most stable systems, the CO adsorption is favorable, however the COH and HCO formation require more energy. The results also show that doping presents greater differences when it is done on the surface of the cluster.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1072
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional
dc.subjectEstrutura eletrônica
dc.subjectNanocompostos
dc.subjectDensidade
dc.subjectCatálise
dc.subjectCombustíveis
dc.titleComputational study on the CO2 reduction intermediates over Cu55 nanoclusters doped with cobalt
dc.typeDissertação

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