A composição química do solo do estuário do Rio Doce foi afetada após a entrada de rejeitos ricos em Fe do rompimento da barragem de Fundão em 2015. Desde então, estudos têm sido realizados sobre o papel dos oxihidróxidos de Fe na dinâmica e biodisponibilidade de elementos potencialmente tóxicos (EPT) sob um ambiente redox-ativo. A distribuição da fase sólida de Fe e EPT foi determinada usando métodos de extração sequencial, mas as informações fornecidas por esses métodos dependem da resposta de extração da fase alvo a um determinado reagente, entre outras limitações. A utilização da metodologia Chemometric Identification of Substrates and Element Distributions (CISED) é proposta neste projeto como uma alternativa aos métodos tradicionais de extração sequencial. O método utiliza concentrações crescentes de água régia na matriz sólida e os dados resultantes de cada extração são submetidos a um algoritmo de resolução de mistura quimiométrica para determinar o número e a composição dos componentes físico-químicos do solo. Embora tenha sido bem utilizado em estudos com diferentes tipos de matrizes ambientais sólidas, o método CISED permanece inexplorado no contexto de solos hidromórficos. Além disso, também não existem trabalhos na literatura com a aplicação de uma análise quimiométrica em dados obtidos pelo método tradicional de extração sequencial para este tipo de solo. Portanto, o objetivo é avaliar o fracionamento geoquímico de Fe e PTE em solos do estuário do Rio Doce coletados em 2021, 6 anos após o rompimento da barragem de Fundão em Mariana, MG. Os dados obtidos da extração sequencial tradicional para solos hidromórficos e da extração não seletiva CISED serão submetidos a um algoritmo de resolução de misturas de automodelagem (SMMR) e comparados. (AU)

O uso de nanocristais na estruturação de materiais mesoscópicos multifuncionais tem fornecido a possibilidade de explorar propriedades ajustáveis de dispositivos macroscópicos integrados. Isso pode se dar, por exemplo, pela preparação de agregados dispersáveis, com forma e composição controláveis, chamados superpartículas. Apesar do grande desafio estratégico de sintetizar esse tipo de material, a sua utilização como plataforma de ancoramento de outros (nano)materiais pode permitir a produção de novas classes de compostos híbridos, que preservarão as características individuais de cada um dos nanocristais presentes. Entre eles, há um interesse particular na criação de um composto anfifílico que exiba caracteres hidrofóbicos de um lado e hidrofílicos do outro, semelhante ao deus romano de duas faces, Janus. Portanto, o presente projeto tem por objetivo fabricar uma superpartícula Janus multifuncional que tem um núcleo multimagnético feito de nanopartículas de óxido de ferro e uma superfície com duas outras funcionalidades separadas em regiões bem definidas, tornando-se uma ferramenta poderosa e versátil que pode ser modulada para realizar tarefas como a captura e recuperação de metais estratégicos de soluções aquosas. Pretendemos conseguir isso encapsulando a superfície da superpartícula com polímeros como a polivinilpirrolidona, que permitirá sua manipulação e confinamento como nas emulsões Pickering ou separação de fases induzida por polimerização, para modificação controlada nas interfaces, resultando na partícula de Janus desejada. (AU)

A crescente demanda por energia renovável tem incentivado a pesquisa de tecnologias mais eficientes e economicamente viáveis. Fontes de energia renováveis, como eólica, solar, hidrelétrica e biomassa, estão ganhando mais atenção nas pesquisas para geração de energia. A estratégia deste projeto é considerar o hidrogênio como um transportador de energia denso a ser gerado no processo de fotossíntese artificial. A célula fotoeletroquímica (PEC) é um dos processos mais importantes para geração de energia e descontaminação da água, devido à sua abordagem ambientalmente amigável, com impacto mínimo e capaz de converter a energia solar em energia sustentável, como o hidrogênio, e realizar outro processo simultâneo, chamado como fotocatálise heterogênea. Essa técnica tem sido amplamente estudada principalmente nas últimas duas décadas, pois envolve a ativação de um semicondutor através da luz solar, sendo uma técnica sustentável a longo prazo, permitindo a formação de agentes altamente oxidantes, que podem reagir com uma ampla variedade de classes de compostos, promovendo sua mineralização completa. O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência de mono e multicamadas auto-orientadas de filmes nanoestruturados à base de hematita, permitindo a síntese de pontos quânticos de maghemita (QDs) com tamanho de partícula de 2,3 nm (± 0,2 nm) e altas propriedades magnéticas. O objetivo é, portanto, preencher essa lacuna na literatura relacionada ao desenvolvimento da síntese hidrotérmica, com a proposta de um projeto colaborativo e multidisciplinar. Para este objetivo principal, os pontos quânticos de maghemita puros e dopados serão caracterizados em relação à sua morfologia por HR-TEM, XDR e Raman. Os testes fotoeletroquímicos e de fotodegradação serão realizados usando potenciostato / galvanostato sob condições padrão de radiação solar AM 1,5 (100mW / cm2). No final deste projeto, espera-se ter implementado uma nova pesquisa relacionada ao desenvolvimento de novas fotocatalíticas e fotodegradações de materiais e processos, contribuindo para os objetivos do grupo INCT-DATREM, FEM-UNICAMP e EPFL - LPI, principalmente com o conhecimento e estado da arte de eletrodos de alto desempenho para células PEC. (AU)

Os fotoeletrodos de hematite (Fe2O3) são um candidato promissor para a produção de hidrogênio por meio da quebra da molécula da água devido ao seu band gap favorável, baixo custo e abundância na natureza. No entanto, sua fotoatividade é limitada pela baixa capacidade de absorção e mobilidade de portadores, pela cinética de oxidação lenta da água e pelo curto comprimento de difusão. Nanopartículas metálicas, como Au, Cu e Ag, exibem ressonâncias plasmônicas de superfície localizadas (LSPR) e são adequadas para melhorar as propriedades optoeletrônicas da hematita, em particular para filmes finos. Vários mecanismos têm sido propostos para explicar o aumento do desempenho fotoeletroquímico mediado pelo LSPR. O efeito sinérgico da combinação de fotoeletrodos de hematita modificada por nanopartículas metálicas é um passo importante para entender como a densidade de doadores é aumentada. No entanto, um dos principais problemas encontrados é a compreensão de cada mecanismo na interface de hematita / eletrólito modificado por nanopartículas metálicas nas reações de evolução de oxigênio. Para esclarecer as propriedades de transporte, a proposta deste estágio é avaliar a dinâmica de cargas fotogeradas por espectroscopia de absorção transiente (TAS), observando o mecanismo de transporte para fotoeletrodos de hematita pura e modificada e as implicações em suas interfaces. Os resultados obtidos serão diretamente aplicáveis a outros semicondutores com propriedades semelhantes à hematita e espera-se que sejam úteis na construção de outros fotoanodos otimizados, onde, por exemplo, a funcionalização de nanopartículas metálicas será combinada com dopagem e introdução de materiais nanoestruturados. (AU)

O uso dos óxidos de ferro como semicondutores dos processos de fotocatálise é considerado promissor na quantificação dos gases NOx (gases de nitrogênios) no solo. Por esta razão, a solicitação da bolsa BEPE destina-se a entender as relações espaciais entre os gases NOx e os óxidos de ferro da fração argila dos solos do Planalto Ocidental Paulista. O reconhecimento da variabilidade espacial dos gases NOx permitirá identificar áreas com diferentes potenciais de adsorção e emissão de gases de nitrogênio em solo com ampla variação de teores de óxidos de ferro. Em grande escala, o mapeamento de gases NOx por técnicas convencionais seria inviável, muito dispendiosa e de longo prazo. Felizmente, a técnica de fotocatálise mostra-se vantajosa e mais adequada para esse tipo de estudo, pois além de fornecer resultados rápidos, é um método não destrutivo e de menor impacto ambiental. O estudo será realizado no Planalto Ocidental Paulista, que corresponde aproximadamente 13 milhões de hectares (~ 50% do estado de São Paulo), sustentado essencialmente por rochas areníticas e basálticas, com paisagem em diferentes estágios de evolução (geomorfologia). A análise de fotocatálise será realizada em 100 amostras na profundidade 0,0 - 0,20 m, com espaçamento mínimo de 10 km e máximo de 60 km, representativas das variações dos teores de óxidos de ferro do solo, dos compartimentos geológicos e geomorfológicos. Os resultados serão avaliados por meio de análise estatística, multivariada e geoestatística. O produto gerado será o mapa do padrão espacial dos gases NOx associado à variabilidade dos óxidos de ferro goethita e hematita, visando contribuir para decisões táticas e operacionais de manejo de aplicação de nitrogênio e projeção da contabilidade no balanço das emissões de gases do efeito estufa relacionada as práticas agrícolas.

Os fotoeletrodos de hematita têm sido investigados, sendo um bom material para converter a luz solar em energia química por quebra da molécula de água. A ampla absorção nos comprimentos de onda da região do visível e a estabilidade termodinâmica em condições aquosas confere uma grande eficiência esperada para esta aplicação. No entanto, o pobre transporte eletrônico e o curto tempo de vida das cargas fotogeradas impedem de se obter uma melhor resposta fotoeletroquímica. Neste caso, o projeto de doutorado tem se dedicado a usar diferentes abordagens, para superar as limitações mostradas e produzir eletrodos de hematita com alto desempenho, por meio de algumas estratégias, tais como modificação de superfície e incorporação de vacâncias de oxigênio durante o tratamento térmico. A principal proposta é compreender as propriedades de transporte na interface sólido-sólido e na interface sólido-líquido. Ao longo dos anos, algumas características foram determinadas para hematita por medidas eletroquímicas e fotoeletroquímicas produzidos em síntese hidrotermal, assistida por radiação de micro-ondas. Um efeito sinergético do uso de atmosfera deficiente em oxigênio e modificação de superfície com elementos intermetálicos deu um passo importante no entendimento de como se aumenta a densidade dos doadores. Neste caso, um dos maiores problemas encontrados é a compreensão da interface de hematita/eletrólito para as reações de evolução de oxigênio. A fim de esclarecer as propriedades de transporte, a proposta para este estágio propõe-se a avaliar as dinâmicas de transporte de cargas fotogeradas usando a espectroscopia de absorção transiente (TA) observando um mecanismo de transporte de fotoeletrodos de hematita puros e modificados e as implicações nas interfaces. Esta proposta será importante para complementar o estudo feito até agora pelo aluno e seu grupo. (AU)

Este projeto propõe a realização de estágio de curta duração no Colorado School of Mines (Colorado, EUA) com o Prof. Dr. Murray Hitzman, para a realização de análises de isótopos estáveis em amostras dos depósitos de óxido de ferro- Cu-Au de Igarapé Bahia e Sossego, Província Mineral de Carajás. Os depósitos de óxido de ferro-Cu-Au de Carajás têm assumido um papel de grande relevância econômica no país, embora sua gênese seja pouco compreendida. Estudos sistemáticos de isótopos estáveis de O, C, H e S em amostras dos diferentes estágios de alteração e mineralização em cada depósito podem auxiliar na compreensão de processos comuns à gênese dos depósitos da província, assim como de condicionantes específicos responsáveis pelas diferenças em cada depósito. (AU)