Tamanho da fonte:
AVALIAÇÃO COMPUTACIONAL DO MECANISMO DE ELETRORREDUÇÃO DO CO₂ EM NANOPARTÍCULAS DE COBRE
Última alteração: 2024-09-11
Resumo
O aumento da emissão de gases de efeito estufa, como dióxido de carbono (CO₂), intensifica os impactos ambientais e afeta a biodiversidade e a saúde humana. Assim, a redução das emissões é importante para amenizar os efeitos nocivos ao meio ambiente, meta estabelecida pela Organização das Nações Unidas (ONU) na redução de 50% da emissão de CO₂ até 2050.
Para isso, tecnologias vêm sendo desenvolvidas a fim de capturar e reutilizar o CO₂ emitido pela combustão. A conversão do CO₂ em produtos de alto valor agregado pode ser realizada por eletroredução, sendo as nanoligas de cobre reconhecidas como ótimos agentes catalisadores. Nesta pesquisa, estudou-se a etapa determinante da redução do CO2 (hidrogenação do CO em COH e HCO) utilizando cálculos computacionais baseados na Teoria do Funcional Densidade (DFT), realizados no software ORCA com os funcionais PBE+D3 e wB97x-D com a base def2-SVP, no intuito de comparar os níveis de cálculo.
A primeira etapa do processo é a escolha do modelo do catalisador de cobre e, considerando a estabilidade, optou-se por uma nanopartícula icosaedro com 55 átomos de cobre e analisou-se a estabilidade dos adsorbatos nos sítios de adsorção. Para refinar o cálculo, inseriu-se moléculas de água de maneira explícita como forma de simular o solvente e avaliar o impacto de transferência de elétrons da reação. Por fim, buscou-se a barreira de ativação da hidrogenação utilizando o método Nudged Elastic Band (NEB), verificando o caminho de reação mais provável da transição química, identificando as barreiras de energia associadas e o estado de transição. Diferenciou-se os mecanismos de reação com relação à transferência eletrônica durante a hidrogenação para compreender a dinâmica de redução.
Os resultados corroboram dados da literatura, no entanto, é preciso aumentar a robustez da base utilizada a fim de melhorar a precisão das barreiras, otimizar condições da reação e projetar catalisadores mais eficientes para captura e conversão do CO₂.
Para isso, tecnologias vêm sendo desenvolvidas a fim de capturar e reutilizar o CO₂ emitido pela combustão. A conversão do CO₂ em produtos de alto valor agregado pode ser realizada por eletroredução, sendo as nanoligas de cobre reconhecidas como ótimos agentes catalisadores. Nesta pesquisa, estudou-se a etapa determinante da redução do CO2 (hidrogenação do CO em COH e HCO) utilizando cálculos computacionais baseados na Teoria do Funcional Densidade (DFT), realizados no software ORCA com os funcionais PBE+D3 e wB97x-D com a base def2-SVP, no intuito de comparar os níveis de cálculo.
A primeira etapa do processo é a escolha do modelo do catalisador de cobre e, considerando a estabilidade, optou-se por uma nanopartícula icosaedro com 55 átomos de cobre e analisou-se a estabilidade dos adsorbatos nos sítios de adsorção. Para refinar o cálculo, inseriu-se moléculas de água de maneira explícita como forma de simular o solvente e avaliar o impacto de transferência de elétrons da reação. Por fim, buscou-se a barreira de ativação da hidrogenação utilizando o método Nudged Elastic Band (NEB), verificando o caminho de reação mais provável da transição química, identificando as barreiras de energia associadas e o estado de transição. Diferenciou-se os mecanismos de reação com relação à transferência eletrônica durante a hidrogenação para compreender a dinâmica de redução.
Os resultados corroboram dados da literatura, no entanto, é preciso aumentar a robustez da base utilizada a fim de melhorar a precisão das barreiras, otimizar condições da reação e projetar catalisadores mais eficientes para captura e conversão do CO₂.
Palavras-chave
Redução do CO2. Eletrocatálise. Química computacional
É necessário inscrever-se na conferência para visualizar os documentos.