O referido projeto se baseia na preparação de membranas compósitas baseadas em polietileno e óxido de silício como eletrólito sólido em sistemas de conversão eletroquímico. A preparação de compósitos visa a obtenção de materiais com alta condutividade e excelentes propriedades química, mecânica e térmica. Os compósitos serão produzidos a partir de polímeros de polietileno de alta densidade (HDPE) e óxido de silício (SiO2) comerciais por extrusão dupla rosca, e serão submetidos a processos de copolimerização via radiação. O IPEN, por apresentar facilidades resultantes do seu histórico na área nuclear, apresenta infraestrutura única para síntese desses materiais. O objetivo principal desse projeto é otimizar as propriedades físico-químicas assim como desenvolver uma metodologia para aumento de escala na produção de tais materiais, que poderão ser empregados em células a combustível, eletrolisadores e conversores de metano a produtos de maior valor agregado.

As propriedades de catalisadores heterogêneos que variam em tamanho de "átomo único" a nanopartículas têm sido um interesse de longa data de pesquisadores experimentais e computacionais. Embora a compreensão atomística das propriedades em nível molecular de tais catalisadores tenha melhorado consideravelmente nas últimas duas décadas, os mecanismos pelos quais a estrutura do catalisador é acoplada ao ambiente químico e o impacto desse acoplamento nas propriedades catalíticas permanecem incompletamente compreendidos, limitando as oportunidades para a descoberta de materiais novos e interessantes. Para estender a gama de aplicações para catálise da vida real, este projeto de pesquisa se concentra no desenvolvimento e extensão de métodos disponíveis para prever como a estrutura de nanopartículas catalíticas multielementares, incluindo principalmente ligas metálicas, mas não limitadas a esses sistemas, é alterada por condições in-situ de reação para expandir a gama de aplicações para catálise do mundo real. Além disso, como essas modificações afetam a capacidade dos catalisadores de promover reações industrialmente relevantes. Para isso, a estratégia computacional usará cálculos periódicos de DFT de estruturas de superfície multielementares com composições variadas e estruturas locais para fornecer dados brutos para entrada em algoritmos de aprendizado de máquina baseados em formalismos de redes neurais de convolução de grafos de cristal. Esses formalismos regredirão os dados DFT para produzir expressões compactas de energia potencial, que serão então exploradas pela otimização global para prever geometrias médias de nanocatalisadores em determinadas temperaturas do reator. A conversão de compostos alcenos, que ocorre em alta temperatura, será usada como modelo para abordar como os efeitos térmicos podem levar à reestruturação da superfície das nanopartículas. As principais atividades deste projeto envolvem a seleção de materiais para reações industrialmente relevantes, cálculos de teoria funcional de densidade para superfícies e partículas de tamanho finito a serem usados como dados de treinamento para algoritmos de redes neurais; combinação de algoritmos de otimização global e local para abordar a inter-relação entre estrutura e propriedades físico-químicas de partículas finitas unárias e binárias; simulações para abordar as mudanças estruturais em diferentes ambientes e seus efeitos na atividade catalítica; e, quando possível, comparação com resultados experimentais. A partir desses resultados, este projeto visa contribuir para o entendimento atomístico das mudanças estruturais em nanopartículas de tamanho finito em condições de alta temperatura e seus efeitos nas reações químicas. (AU)

O referido projeto se baseia na preparação de ionômeros sólidos como componentes-chave de eletrodos de difusão de gás para a aplicação em sistemas de conversão eletroquímico. A preparação de ionômeros visa a obtenção de materiais com alta condutividade e excelentes propriedades química, mecânica e térmica. Os ionômeros sólidos serão produzidos a partir de polímeros comerciais, tais como os polímeros da família do polietileno e polímeros parcialmente perfluorados, e serão submetidos a processos de copolimerização via radiação. O IPEN, por apresentar facilidades resultantes do seu histórico na área nuclear, apresenta infraestrutura única para síntese desses materiais. O objetivo principal desse projeto é otimizar as propriedades físico-químicas assim como desenvolver uma metodologia para aumento de escala na produção de tais materiais, que poderão ser empregados em células a combustível, eletrolisadores e conversores de metano a produtos de maior valor agregado.

Desenvolvimento de ionômetro polimérico de troca aniônica para sistemas de conversão eletroquímica

O foco desse projeto de doutorado é a pesquisa de materiais e configurações inovadoras para o anodo de células a combustível de óxidos sólidos (SOFCs) de última geração, visando o uso de combustíveis alternativos ao hidrogênio, principalmente o etanol. Neste sentido, a fabricação de células SOFC será avançada para o uso de métodos de conformação cerâmica que seguem a tendência mundial dos principais desenvolvedores dessa tecnologia, visando elevado desempenho e competitividade. Serão fabricadas SOFCs suportadas no anodo, obtido por colagem de fita, e sobre o qual será depositado camadas finas de eletrólitos a base de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) e céria dopada com gadolínia (GDC), visando obter SOFCs unitárias de alto desempenho em temperaturas de ~800°C. A partir da obtenção destas células, serão feitos testes de adição de camada catalítica à base de GDC para uso de combustíveis como o etanol e o gás natural. A principal estratégia é obter camadas catalíticas com alta condutividade eletrônica por meio da fabricação de compósitos cerâmicos capazes de promover a reforma interna do combustível e a coleta de corrente do anodo. Estas atividades de pesquisa trarão avanços significativos para o processamento de materiais cerâmicos, usando técnicas avançadas de deposição coloidal e para o uso de combustíveis mais limpos e sustentáveis em SOFCs. (AU)

Neste projeto de pesquisa, serão estudados inicialmente compostos do tipo (La, Pr)CaMnO3, (La,Y)CaMnO3 e NdCa(Mn1-xCr-x)O preparados por técnicas químicas para estudo das propriedades de transporte. As propriedades eletromagnéticas serão analisadas por meio de medidas de resistividade elétrica R (T,H), magnetização M (T,H) e espectroscopia de impedância Z (T,w). Será montado um sistema experimental para a realização de medidas de espectroscopia de impedância com campo magnético aplicado Z (T,w,H). O principal objetivo deste trabalho de pesquisa é contribuir para o entendimento fenômeno da separação de fase em manganitas que apresentam efeito da magnetorresistência colossal. Isso será feito através da combinação dos resultados obtidos em medidas macroscópicas de resistência elétrica, magnetização e de espectroscopia de impedância na faixa de temperatura de 2 a 1273 K e campos magnéticos tão intensos quanto 18 T. (AU)