As alquilaminas representam uma importante classe de produtos químicos com múltiplas aplicações em nossas vidas diárias. Entre as diferentes rotas para alquilaminas, a hidroaminação catalítica de alcenos com aminas é de grande interesse, principalmente porque pode ocorrer sob condições amenas e ambientalmente corretas. Portanto, o desenvolvimento de um sistema de fixação de N2 atualizado usando NH3 como intermediário pode fornecer uma alternativa ambientalmente benigna e sustentável para a síntese de alquilaminas. Neste contexto, esta solicitação de estágio de pesquisa no exterior propõe a produção de alquilamina a partir da redução aprimorada de N2 utilizando um sistema eletroquímico inovador, mais econômico e de menor impacto ambiental. Os materiais que serão utilizados no compartimento catódico consistem em MoS2 suportado em eletrodo de papel carbono que tem apresentado resultados promissores para redução eletroquímica de N2 a NH3 à pressão atmosférica e temperatura ambiente. Depósitos de PIM-1 serão utilizados para melhorar a atividade eletrocatalítica desses materiais. A produção de alquilaminas será monitorada por cromatografia líquida acoplada a um espectrômetro de massas (LC/MS). Por fim, o desenvolvimento de tecnologias mais económicas e sustentáveis é um tema de grande interesse para a comunidade científica.

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)

A amônia (NH3) é um dos compostos químicos mais utilizados na era contemporânea devido a sua ampla gama de aplicações como precursor de compostos nitrogenados nas indústrias agrícola, farmacêutica e têxtil. No entanto, a produção industrial de NH3 depende do processo Haber-Bosch, que não só consome muita energia, mas também emite grandes quantidades de gases de efeito estufa. Portanto, a redução fotoeletroquímica de N2 dissolvido em NH3 em meio aquoso usando água como fonte de hidrogênio pode fornecer uma alternativa ambientalmente benigna e sustentável para a síntese de NH3. Nesse contexto, esta solicitação de estágio de pesquisa no exterior propõe produzir NH3 a partir da redução de N2 utilizando um sistema fotoeletroquímico inovador, mais econômico e menos impactante ao meio ambiente. Portanto, elétrons fotogerados a partir da separação da água serão produzidos usando novos materiais semicondutores baseados em heterojunções (±)Fe2O3/g-C3N4 decoradas com nanopartículas de Ag suportadas em filmes de polímero de microporosidade intrínseca (PIM). Os materiais que serão utilizados no compartimento catódico serão os previamente preparados no Brasil, compostos de MoS2-Fe suportado em um eletrodo de camada de difusão de gás (GDL) que tem mostrado resultados promissores para redução eletroquímica de N2 a NH3 à pressão atmosférica e temperatura ambiente. Parâmetros importantes do processo combinado serão avaliados, como potencial aplicado, composição do eletrólito e carga do catalisador. A produção de NH3 será monitorada por espectroscopia UV-Vis, cromatografia gasosa (GC) e ressonância magnética nuclear de prótons (H1 NMR). Finalmente, o desenvolvimento de tecnologias mais econômicas e sustentáveis é um tema de grande interesse para a comunidade científica. (AU)

A presença de contaminantes provenientes de descartes industriais, hospitalares e do consumo humano no meio ambiente é uma questão de preocupação global devido aos efeitos que esses contaminantes podem causar ao meio e à saúde humana. Além disso, outra preocupação global é necessidade de geração de energia limpa para preservação do meio ambiente. Nesse cenário, os processos (foto)eletrocatalíticos tem demonstrado boa eficiência para a oxidação de contaminantes orgânicos ou para a redução de H2O e N2 à H2 e NH3, respectivamente. O projeto que será desenvolvido visa a aplicação da (foto)eletrocatálise utilizando um eletrodo bifuncional em reator para oxidação de contaminantes orgânicos concomitante com a redução de H2O para a geração de energia, sendo avaliados diferentes contaminantes presentes em biomassas, assim como diferentes eletrodos bifuncionais modificados. Serão avaliados diferentes parâmetros de degradação dos contaminantes, como pH do meio e tempo de aplicação do processo. Métodos cromatográficos serão desenvolvidos e validados para quantificação dos contaminantes oxidados, identificação de intermediários de degradação e quantificação dos produtos gerados durante redução, sendo avaliada a necessidade de acoplamento da (foto)eletrocatálise com outro processo, como o fotoeletro-Fenton, para oxidação dos contaminantes. Espera-se expandir o estudo para aplicação do processo (foto)eletrocatalítico em efluentes industriais da região de São Carlos - SP, Brasil, visando a utilização das biomassas que seriam descartadas na forma de contaminantes do meio pelas indústrias para geração de energia.

A conversão eletroquímica do CO2 é uma técnica versátil que pode ser utilizada em condições ambientais de temperatura e pressão em meio aquoso (eletrólito suporte), possibilitando a modulação das condições de síntese tanto no direcionamento do produto formado, quanto nas condições de pH, eletrolítico meio, sinergia com o catalisador, entre outros parâmetros. Dessa forma, os carbonos condutores são considerados materiais ativos de alta viabilidade por apresentarem elevada área superficial, baixo valor de mercado e possibilidade de modificação da estrutura superficial. A presente proposta tem como objetivo estudar a modificação do carvão ativo para utilização como catalisador da reação de redução de CO2. As metodologias desenvolvidas a partir do método dos precursores poliméricos incluem a utilização de óxidos de metais de transição (Nb, Pd, Mo, Co, Cu e Zr) em testes eletroquímicos e fotoquímicos a fim de correlacionar a estrutura dos materiais modificados de acordo com a seletividade para gerar maior produtos de valor agregado

Este projeto tem o objetivo principal sintetizar BiVO4 dopado com terra raras, em especial o ítrio (Y3+), em diferentes quantidades de doping para estudar a influência do dopante na degradação fotoeletroquímica de biomassas coletadas emambientes reais da indústria (têxtil, agrícola, papel e química). Um sistema fotoeletroquímico com acoplamento do fotoânodo desenvolvido com um fotocátodo já conhecido será avaliado para concomitante redução de H2O e oxidação do efluente. Os óxidos que serão depositados no fotoânodo por diferentes técnicas e serão produzidos por uma rota ambientalmente amigável utilizando o álcool polivinílico como solvente eaplicados em substrato de titânio e/ou FTO. A caracterização física dos filmes será realizada por técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e análise por energia dispersiva, espectroscopia Raman e determinação de band-gap. As caracterizações eletroquímicas serão feitas por técnicas voltamétricas e espectroscopia de impedância eletroquímica. Estudos de fotocorrente serão realizados para os filmes deBiVO4 e de BiVO4 dopado com ítrio. A eficiência dos processos de degradação das espécies poluente durante os experimentos fotoeletrocatalíticos será avaliada utilizando as técnicas analíticas instrumentais de espectrofotometria UV/Vis, cromatografia líquida de alta eficiência e análise de teor de carbono orgânico total. No sistemafotoeletroquimico acoplado a redução de H2O haverá a quantificação dos produtos gerados. Esse processo será avaliado por técnicas cromatográficas para identificar e quantificar os subprodutos formados. (AU)

Este projeto tem o objetivo principal sintetizar BiVO4 dopado com terra raras, em especial o ítrio (Y3+), em diferentes quantidades de doping para estudar a influência do dopante na degradação fotoeletroquímica de biomassas coletadas em ambientes reais da indústria (têxtil, agrícola, papel e química). Um sistema fotoeletroquímico com acoplamento do fotoânodo desenvolvido com um fotocátodo já conhecido será avaliado para concomitante redução de H2O e oxidação do efluente. Os óxidos que serão depositados no fotoânodo por diferentes técnicas e serão produzidos por uma rota ambientalmente amigável utilizando o álcool polivinílico como solvente e aplicados em substrato de titânio e/ou FTO. A caracterização física dos filmes será realizada por técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e análise por energia dispersiva, espectroscopia Raman e determinação de band-gap. As caracterizações eletroquímicas serão feitas por técnicas voltamétricas e espectroscopia de impedância eletroquímica. Estudos de fotocorrente serão realizados para os filmes de BiVO4 e de BiVO4 dopado com ítrio. A eficiência dos processos de degradação das espécies poluente durante os experimentos fotoeletrocatalíticos será avaliada utilizando as técnicas analíticas instrumentais de espectrofotometria UV/Vis, cromatografia líquida de alta eficiência e análise de teor de carbono orgânico total. No sistema fotoeletroquimico acoplado a redução de H2O haverá a quantificação dos produtos gerados. Esse processo será avaliado por técnicas cromatográficas para identificar e quantificar os subprodutos formados.

Há uma necessidade urgente de alternativas aos plásticos não biodegradáveis produzidos a partir de fontes não renováveis, que contribuem para a poluição ambiental e questões de sustentabilidade. Os biopolímeros extraídos de fontes renováveis, como o kefiran, ganharam atenção por suas propriedades antibacterianas e antitumorais. O kefiran tem sido investigado por seu uso potencial em embalagens de alimentos, mas os desafios relacionados a suas propriedades mecânicas e de barreira permanecem. Estratégias como a incorporação de nanopartículas metálicas e outros biopolímeros como a carboximetilcelulose (CMC) têm sido exploradas para melhorar suas propriedades. A recente pandemia da COVID-19 também destacou a necessidade de propriedades antivirais em materiais de embalagem de alimentos. Com base nisso, este projeto propõe o desenvolvimento de filmes nanocompósitos baseados em Kefiran, carboximetilcelulose e nanopartículas metálicas (CuO, Cu, e ZnO NPs). Os filmes serão produzidos a partir do método de casting utilizando concentrações previamente investigadas de CMC e Kefiran. Os testes de triagem antimicrobiana, utilizando as nanopartículas produzidas, e a determinação da concentração inibitória mínima (MIC) de diferentes bactérias serão usados para definir as concentrações ótimas dos NPs que serão adicionados aos filmes. A partir disso, as propriedades mecânicas, de barreira ao vapor de água, barreira de luz e antimicrobiana serão investigadas e discutidas com base na concentração de cada um destes materiais no nanocompósito. Essa etapa da pesquisa será realizada nos laboratórios do grupo de pesquisa de materiais poliméricos funcionais (POLY2) da Universidade Politécnica da Catalunha (UPC) sob a supervisão do Professor José Ignacio Velasco. (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)

Óxidos semicondutores têm se mostrado eficientes na remoção de compostos orgânicos recalcitrantes de efluentes quando utilizados como ânodos em sistemas eletroquímicos. A combinação de óxidos tem sido uma estratégia para melhorar a fotoatividade dos ânodos e as taxas de degradação de compostos orgânicos. Além disso, a combinação de procedimentos eletroquímicos e tecnologias que promovem a geração de oxidantes capazes de auxiliar no tratamento desses compostos têm mostrado resultados promissores. Portanto, o objetivo deste trabalho envolve o estudo de um reator fotoeletrocatalítico para degradação eficiente com alta taxa de remoção e mineralização de compostos farmacêuticos utilizando eletrodos de óxido de tungstênio e uma mistura de óxido de tungstênio e nitreto de carbono. Os eletrodos serão produzidos a partir da deposição por banho químico do material em malha de titânio. A fotoatividade dos eletrodos de óxido isoladamente e em combinação será avaliada a partir da degradação de sulfametoxazol e dexametasona. Parâmetros do processo serão estudados, como potencial aplicado, vazão do reator, concentração do fármaco e fonte de irradiação. O uso de reatores de fluxo e a combinação de processos oxidantes serão estudados com o objetivo de aumentar a eficiência da degradação de antibióticos e propor um novo método de tratamento de efluentes. Por fim, o sistema será aplicado em amostras de efluentes correntes contendo as drogas para verificar a possibilidade de utilização em reatores de grande porte. A degradação dos poluentes será monitorada por medições de carbono orgânico total (COT) e cromatografia (HPLC). Os resultados serão comparados aos obtidos no Brasil. Até o momento, degradações fotocatalíticas de fármacos têm sido realizadas em células de bancada com projeto convencional e ainda não existe uma configuração de reator adequada para realizar degradações em larga escala usando o acoplamento de técnicas de oxidação. Assim, os experimentos realizados no grupo de pesquisa do professor Manuel Andrés Rodrigo Rodrigo, da Universidade de Castilla La Mancha, serão de fundamental importância tanto para o desenvolvimento de novas tecnologias quanto para a consolidação dessa linha de pesquisa no Brasil. (AU)