A redução eletrocatalítica do dióxido de carbono (CO2) em moléculas orgânicas (C2+) oferece uma alternativa promissora para lidar com as mudanças climáticas e facilitar a produção de energia sustentável e produtos químicos. Apesar das pesquisas relacionadas a redução eletroquímica remontarem do final de 1960, ainda há desafios tecnológicos e fundamentais a serem enfrentados nesse campo. Esses desafios incluem o aprimoramento da atividade eletrocatalítica, a redução do sobrepotencial e o controle da seletividade dos compostos produzidos, todos diretamente influenciados pela natureza do catalisador e pelas condições da reação. Em estudos recentes, uma nova classe de compostos conhecidos como fosfetos metálicos (FM) tem atraído a atenção para reações eletroquímicas de conversão de CO2. Esses compostos são considerados alternativas aos metais nobres para reações de evolução de hidrogênio (REH), reação competitiva à reação de redução de CO2 (CO2RR). No entanto, descobertas recentes indicam que a incorporação de átomos de fósforo a rede cristalina de metais de transição pode induzir a formação de ligações insaturadas na superfície do material, favorecendo assim a dimerização de moléculas de CO2. Estudos eletroquímicos mostraram que os fosfetos metálicos apresentam alta condutividade e resistência química em uma ampla faixa de pH, demonstrando sua versatilidade em trabalhar em condições neutras e alcalinas. Embora promissores, há poucos relatos sobre a aplicação de fosfetos metálicos para CO2RR na produção de produtos com alto valor agregado. Isso ressalta a necessidade de avançar em nossa compreensão do potencial eletrocatalítico desses materiais e elucidar a função do fósforo no processo. Este estudo pretende preencher essas lacunas de conhecimento investigando o potencial eletrocatalítico do fosfeto de níquel (NiPx) e do fosfeto de cobre (CuPx) em um sistema eletroquímico de fluxo e de alta corrente. O supervisor proposto, Prof. Dr. Cao Thang Dihn, possui experiência em engenharia de células eletroquímicas e avaliação de processos, o que torna sua supervisão crucial para o sucesso desse projeto. Ao validar o potencial catalítico desses materiais em condições extremas, podemos expandir a gama de catalisadores ativos para transformar CO2 em compostos de valor agregado, trabalhando assim para alcançar emissões líquidas zero, uma meta alinhada com o 13º Objetivo de Desenvolvimento Sustentável estabelecido pelas Nações Unidas. A execução bem-sucedida desse projeto estará intimamente ligada ao processo FAPESP mencionado anteriormente, que fornece recursos para o desenvolvimento de materiais funcionais e sistemas eletroquímicos eficazes. Os catalisadores serão sintetizados usando métodos de precipitação seguidos de fosfatização térmica, e serão aplicados em um sistema de fluxo eletroquímico com potenciais e taxas de fluxo variáveis para otimizar a configuração. Técnicas avançadas de caracterização, incluindo XPS e FTIR, serão empregadas para estudar a cinética de formação de produtos, enquanto NMR/HPLC e GC serão usados para quantificar os compostos gerados. (AU)

O Centro de Excelência em Pesquisa em Química Sustentável (CERSusChem) foi criado em 2016 pelo Programa Centros de Pesquisa em Engenharia (CPE) da FAPESP e foi cofinanciado pela indústria farmacêutica GlaxoSmithKline (GSK). As atividades do CERSusChem são baseadas em 3 pilares: pesquisa, inovação e disseminação do conhecimento. Dando continuidade aos nossos esforços no desenvolvimento de novos métodos sintéticos sustentáveis, na presente proposta serão abordados estudos com foco em catálise homogênea e heterogênea. Para isso, aproveitaremos nossa experiência em organocatálise assimétrica, fotocatálise, eletrocatálise e nanocatálise usando solventes verdes, reagentes mais seguros e matéria-prima renovável. Os novos catalisadores poderão ser imobilizados em diferentes materiais, como nanopartículas, e adaptados ao processo de fluxo contínuo. Nossa proposta também contempla duas abordagens para a educação e disseminação do conhecimento produzido: i) o desenvolvimento de atividades no ensino de graduação e pós-graduação e formação técnica dentro dos princípios da educação formal; e ii) a elaboração de atividades de educação não formal envolvendo a divulgação científica para professores e alunos do ensino médio e fundamental e população em geral. (AU)

A produção de compostos orgânicos de cadeia longa (C2+) a partir do aproveitamento do dióxido de carbono (CO2) como matéria-prima, via rota fotoeletroquímica (PEC), representa uma abordagem promissora do pronto de vista de reações conduzidas por fontes renováveis em direção a zero emissão líquida de carbono. Porém, esta tecnologia tem sido prejudicada pela falta de catalisadores que sejam eficientes na absorção da radiação solar, mantendo a capacidade de transferência de carga. Uma estratégia interessante que vem sendo debatida é o desenvolvimento de nanoestruturas baseadas em nitretos e fosfetos metálicos como agente catalítico das reações de conversão de CO2 em produtos C2+. Nitretos e fosfetos de cobre e níquel tem demonstrado ser capaz de conduzir estas reações de forma eficiente produzindo hidrocarbonetos e álcoois por vias eletroquímicas, porém o potencial desses catalisadores em reações fotoeletroquímicas ainda não foram completamente exploradas e lacunas do conhecimento com relação ao mecanismo de reação, eficiência de conversão e seletividade ainda precisam ser preenchidas. (AU)

Com um iminente esgotamento dos combustíveis fósseis, houve uma intensificação de pesquisas nas áreas ambientais e de sistemas para geração e armazenamento de energia proveniente de fontes renováveis, como o hidrogênio proveniente da quebra da molécula da água. Para a obtenção desse combustível por eletrólise, porém, são necessários elevados sobrepotenciais além do termodinâmico, o que dificulta uma produção em larga escala. Alguns artifícios que podem ser utilizados para contornar esse problema são o emprego de espécies mais facilmente oxidadas como metanol para facilitar ou até mesmo substituir a reação de evolução de oxigênio, e o uso de luz como fonte de energia, excitando semicondutores como TiO2. O uso do TiO2 puro, porém, possui empecilhos como uma alta taxa de recombinação de cargas, que pode ser mitigada pelo uso em compósitos com espécies como nitretos de carbono. Neste contexto, este projeto propõe a avaliação das propriedades fotoeletroquímicas frente a reação de oxidação de metanol, de fotoanodos baseados em TiO2 contendo diferentes porcentagens de nitretos de carbono do tipo Poli(heptazina imida) (PHI), e que contem em sua estrutura Co2+ e/ou Ni2+ na forma de single atom.(AU)

A liberação contínua e excessiva de CO2 na atmosfera e a intensificação dos impactos ambientais associadas ao desequilíbrio do ciclo natural do carbono, evidenciam a necessidade de desenvolvimento de tecnologias para a captura e reciclo deste gás. Uma estratégia é a conversão de CO2 em combustíveis e/ou matérias-primas relevantes para a indústria química. Dentre as diferentes metodologias existentes, a redução eletroquímica, se destaca por operar em condições brandas e possibilitar integração com fontes renováveis de energia elétrica. Entretanto, a baixa seletividade dos catalisadores para os produtos carbonáceos e a forte competição com a reação de desprendimento de H2, são um dos fatores que limitam a eficiência energética do processo, tornando necessária a busca por eletrocatalisadores eficientes. A utilização de eletrocatalisadores baseados em fosfetos de metais de transição (FMT) tem se destacado na literatura devido a boa condutividade, facilidade de preparação e elevada estabilidade. Porém, poucos estudos investigam a atividade catalítica e seletividade para a redução de CO2 e a relação com as propriedades físico-químicas e eletrônicas dos FMT. Neste contexto, o presente projeto propõe o desenvolvimento de eletrocatalisadores baseados em fosfetos metálicos com metais abundantes (Ni, Fe, Cu e Mo), visando avaliar a influência do método de síntese (eletrodeposição e micro-ondas), assim como, a combinação de diferentes espécies metálicas na seletividade e atividade catalítica para a reação de redução de CO2.

A utilização de energia renovável, como a proveniente do sol, é considerada uma alternativa viável ao consumo excessivo de combustíveis fósseis. Entretanto, a utilização de energia renovável em grande escala ainda é um desafio devido à sua intermitência. Uma solução para resolver a falta de correspondência entre demanda-consumo é a obtenção de combustíveis provenientes de fontes totalmente renováveis, que possam ser gerados a partir de matérias-primas abundantes, como CO2 e H2O, usando como insumo energético a energia elétrica obtida de fontes renováveis. O estudo de semicondutores e a presença de co-catalisadores multifásicos são estratégias interessantes para projetar fotocatalisadores e fotoeletrodos ativos para obtenção de combustíveis renováveis. Neste contexto, este projeto propõe a preparação de BiVO4 por micro-ondas, e avaliar o efeito da adição de níquel e ferro frente à atividade fotocatalítica para redução de CO2. (AU)

A utilização de energia renovável, como a proveniente do sol, é considerada uma alternativa viável ao consumo excessivo de combustíveis fósseis. Entretanto, a utilização de energia renovável em grande escala ainda é um desafio devido à sua intermitência. Uma solução para resolver a falta de correspondência entre demanda-consumo é a obtenção de combustíveis provenientes de fontes totalmente renováveis, que possam ser gerados a partir de matérias-primas abundantes, como CO2 e H2O, usando como insumo energético a energia elétrica obtida de fontes renováveis. O estudo de semicondutores e a presença de co-catalisadores multifásicos são estratégias interessantes para projetar fotocatalisadores e fotoeletrodos ativos para obtenção de combustíveis renováveis. Neste contexto, este projeto propõe a preparação de óxidos (TiO2, CuO, BiVO4), calcogenetos (CuGaS2, Sb2S3, SnxSbySz, WS2, MoS2) e perovisktas híbridas e inorgânicas, por diferentes rotas sintéticas, e avaliar o efeito de dopantes frente à atividade fotocatalítica para water splitting e redução de CO2. A obtenção destes materiais será realizado pelos alunos de iniciação científica, alunos da pós-graduação (mestrandos e doutorandos) e pós-doutorandos, sob supervisão da proponente e com a infraestrutura existente no Laboratório de Materiais Nanoestruturados Fabricados Eletroquimicamente (NANOFAEL). (AU)