{"id":2423,"date":"2020-05-15T17:40:40","date_gmt":"2020-05-15T20:40:40","guid":{"rendered":"http:\/\/cine.org.br\/?p=2423"},"modified":"2020-05-15T17:40:49","modified_gmt":"2020-05-15T20:40:49","slug":"estudo-computacional-revela-como-se-formam-nanoligas-promissoras-para-aplicacoes-em-catalise","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cine.org.br\/en\/estudo-computacional-revela-como-se-formam-nanoligas-promissoras-para-aplicacoes-em-catalise\/","title":{"rendered":"Estudo computacional revela como se formam nanoligas promissoras para aplica\u00e7\u00f5es em cat\u00e1lise"},"content":{"rendered":"\n

Resultados devem ajudar o desenvolvimento de nanoligas bimet\u00e1licas, usadas em rea\u00e7\u00f5es importantes para a transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica<\/em><\/p>\n\n\n\n

A platina e outros metais de transi\u00e7\u00e3o t\u00eam aplica\u00e7\u00f5es consolidadas e de grande relev\u00e2ncia em cat\u00e1lise, como, por exemplo, em c\u00e9lulas a combust\u00edvel e na obten\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio, apresentando bom desempenho para uma variedade de rea\u00e7\u00f5es. Utilizados como catalisadores, esses metais t\u00eam potencial de facilitar as condi\u00e7\u00f5es dessas rea\u00e7\u00f5es e, assim, a expectativa \u00e9 que nanoligas a base de platina tenham papel importante na otimiza\u00e7\u00e3o de algumas dessas rea\u00e7\u00f5es, ao combinarem propriedades de duas esp\u00e9cies qu\u00edmicas distintas (elementos qu\u00edmicos diferentes) e, inclusive, apresentarem propriedades \u00fanicas advindas do sinergismo entre esses componentes.<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m da sua composi\u00e7\u00e3o \u2013 ou seja, dos elementos qu\u00edmicos presentes \u2013, a morfologia e a distribui\u00e7\u00e3o de cada tipo de \u00e1tomo nas part\u00edculas tamb\u00e9m afetam as propriedades f\u00edsicas e qu\u00edmicas \u00fanicas das diferentes nanoligas. Uma dessas possibilidades de ordenamento origina estruturas do tipo \u201ccore-shell\u201d (casca-caro\u00e7o). Nelas, o caro\u00e7o pode ser de um material e a casca de outro. Para melhor visualiza\u00e7\u00e3o, podemos comparar essas estruturas a uma trufa ou um bombom de chocolate recheado, em que o recheio \u00e9 o caro\u00e7o e a cobertura de chocolate faz as vezes de casca.<\/p>\n\n\n\n

Esse tipo de estrutura traz v\u00e1rias vantagens, dentre elas a possibilidade da esp\u00e9cie qu\u00edmica (elemento) do caro\u00e7o ser protegida do ambiente qu\u00edmico externo pela esp\u00e9cie que forma a casca. Por exemplo, se o ambiente em que ocorre a rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica for muito corrosivo para um determinado metal, a presen\u00e7a de uma casca composta de outro metal pode proteger o material de eventuais danos. \u201cAl\u00e9m disso, durante as rea\u00e7\u00f5es, podem ser formados compostos que se ligam fortemente \u00e0 superf\u00edcie, \u00e0 casca das part\u00edculas, bloqueando sua atividade, no processo conhecido como envenenamento catal\u00edtico. Como cada tipo de metal tem uma intera\u00e7\u00e3o diferente com esses produtos, a possibilidade de fazer diferentes combina\u00e7\u00f5es casca-caro\u00e7o pode ser \u00fatil para controlar a efic\u00e1cia das part\u00edculas e sua resist\u00eancia ao envenenamento\u201d, explica o pesquisador Paulo de Carvalho Dias Mendes, doutorando no Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos (IQSC) da Universidade de S\u00e3o Paulo (USP).<\/p>\n\n\n\n

A identifica\u00e7\u00e3o dos descritores \u2013 par\u00e2metros f\u00edsicos e qu\u00edmicos \u2013 mais importantes para a forma\u00e7\u00e3o e a estabilidade de estruturas do tipo core-shell em nanoligas \u2013 configurava lacuna importante no conhecimento dessas part\u00edculas, agora preenchida com os resultados de pesquisa realizada pela divis\u00e3o de Ci\u00eancia Computacional de Materiais e Qu\u00edmica (CMSC) do CINE, sediada no IQSC.<\/p>\n\n\n\n

A pesquisa consistiu na modelagem computacional, a partir da Qu\u00edmica Qu\u00e2ntica (estudo ab initio<\/em> com base na Teoria do Funcional da Densidade, DFT), de 330 nanoligas de platina com outros metais de transi\u00e7\u00e3o. Foi realizada a avalia\u00e7\u00e3o da rela\u00e7\u00e3o entre propriedades e estabilidade para 22 composi\u00e7\u00f5es \u00fanicas de combina\u00e7\u00f5es entre dois metais. A etapa de modelagem \u2013 no n\u00edvel at\u00f4mico \u2013 em geral \u00e9 crucial para a compreens\u00e3o desses materiais no n\u00edvel fundamental, o que permite, posteriormente, a sua otimiza\u00e7\u00e3o para o uso em aplica\u00e7\u00f5es tecnol\u00f3gicas. Nos estudos chamados de ab initio<\/em>, ou seja, realizados sem par\u00e2metros emp\u00edricos, a partir de princ\u00edpios fundamentais, a principal contribui\u00e7\u00e3o da Ci\u00eancia Computacional<\/a> \u00e9 a possibilidade de estudar detalhadamente uma grande quantidade de materiais para fornecer crit\u00e9rios que podem auxiliar a reduzir custos e tempo de experimenta\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

A partir das an\u00e1lises realizadas, que buscaram rela\u00e7\u00f5es entre energia de excesso e as propriedades geom\u00e9tricas, eletr\u00f4nicas e energ\u00e9ticas das nanoligas, os pesquisadores identificaram os fatores que dirigem a forma\u00e7\u00e3o de estruturas do tipo casca-caro\u00e7o no modelo de 55 \u00e1tomos empregado. O modelo permite combinar 13 \u00e1tomos no caro\u00e7o e 42 na casca de um icosaedro ideal (formato de um dado de 20 lados). Al\u00e9m do icosaedro, as nanoligas foram testadas em diversos outros formatos.<\/p>\n\n\n\n

Dentre os principais resultados encontrados, est\u00e1 a constata\u00e7\u00e3o de que as nanoligas s\u00e3o mais est\u00e1veis quando a superf\u00edcie (casca) \u00e9 formada pela esp\u00e9cie qu\u00edmica com maior raio at\u00f4mico e menor energia de superf\u00edcie, o que reduz a tens\u00e3o e favorece a estabilidade. Para a maior parte das nanoligas, tamb\u00e9m se constatou que estabilidade adicional adv\u00e9m da transfer\u00eancia de carga do n\u00facleo para a superf\u00edcie, quando h\u00e1 grande diferen\u00e7a de eletronegatividade entre as esp\u00e9cies qu\u00edmicas empregadas.<\/p>\n\n\n\n

Esses resultados foram reportados no artigo intitulado \u201cAb Initio Insights into the Formation Mechanisms of 55-Atom PtBased Core-Shell Nanoalloys<\/a>\u201d, publicado no final de 2019 no peri\u00f3dico The Journal of Physical Chemistry<\/em>. O artigo \u00e9 assinado por Mendes e pelo coordenador da CMSC, Juarez Lopes Ferreira da Silva, docente do IQSC, junto a outros integrantes de seu grupo de pesquisa, o Grupo de Teoria Qu\u00e2ntica de Nanomateriais (QTNano), bem como por parceiros da Universidade Federal de S\u00e3o Paulo (Unifesp), campus de S\u00e3o Jos\u00e9 dos Campos, e da Universidade Federal de Pelotas (UFPel). No momento, diversos outros estudos est\u00e3o em andamento no QTNano para compreender a natureza de nanoligas e suas diversas aplica\u00e7\u00f5es.<\/p>\n\n\n\n

A pesquisa j\u00e1 realizada contou com financiamento da Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (Fapesp) e da Shell, por meio do apoio ao CINE, bem como obteve recursos da Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (Fapergs), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient\u00edfico e Tecnol\u00f3gico (CNPq) e da Coordena\u00e7\u00e3o de Aperfei\u00e7oamento de Pessoal de N\u00edvel Superior (Capes).<\/p>\n\n\n\n

Imagem: Icosaedro representado a partir da estrutura calculada, em que cada cor representa um metal (Cr\u00e9dito: Paulo de Carvalho Dias Mendes)
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