O modelo do eletrodo de hidrogênio computacional como método para investigar processos eletroquímicos com teoria do funcional da densidade

O modelo do eletrodo de hidrogênio computacional como método para investigar processos eletroquímicos com teoria do funcional da densidade

• Autor
• Lanna Emilli Barbosa Lucchetti
• Co-autores
• Pedro Alves da Silva Autreto , James Moraes de Almeida
• Resumo

• Atualmente, encontramos-nos em um momento decisivo na história quanto à geração de energia e o uso de combustíveis fósseis. Nesse contexto, processos eletroquímicos são de suma importância, visto que viabilizam a utilização de células a combustível, por exemplo, nas quais é possível utilizar oxigenio e hidrogenio para geração de energia limpa, bem como combustíveis a base de carbono de fontes alternativas, ou que sejam produzidos eletroquimicamente a partir da captura e reforma de CO2. Todos esses casos possuem em comum a necessidade de catalisadores altamente eficientes e seletivos para as reações de interesse. Uma área de pesquisa crucial é, portanto, o desenvolvimento de novos materiais para uso como catalisadores. Em vários quesitos, apesar dos avanços, a tecnologia ainda é muito semelhante àquela estabelecida há décadas, e por isso ferramentas computacionais têm sido empregadas para acelerar a descoberta e o desenvolvimento desses materiais. 

  Com a criação de bases de dados de cálculos realizados com teoria do funcional da densidade (DFT) e o aumento de poder computacional nos últimos anos, tornou-se possível a simulação de materiais em grande escala. Além disso, a reprodutibilidade e a disponibilidade dos dados são aspectos que ganharam mais atenção da comunidade científica e também contribuem para esse desenvolvimento.

  Nas últimas duas décadas, o modelo do eletrodo de hidrogênio computacional (Computational Hydrogen Electrode - CHE) proposto por Nørskov et al. (2004) tornou-se uma metodologia padrão para investigar processos eletroquímicos como reações de redução e oxidação, de certa forma unificando o estudo computacional de superfícies de forma que os valores na literatura sejam comparáveis e por resultados mais facilmente relacionados com observações experimentais. Essa apresentação oral tem como objetivo apresentar brevemente os fundamentos teóricos dessa metodologia e apresentará elaboração de diagramas de energia livre de Gibbs, partindo de cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT), utilizando o modelo CHE. Alguns resultados obtidos utilizando-se essa metodologia para a reação de redução de oxigênio em superfícies de óxido de cério serão apresentados como exemplo. Espera-se, dessa forma, apresentar uma metodologia que possa ser útil para a comunidade teórica da UFABC, principalmente no contexto de pesquisas relacionadas à geração de energia serem um dos focos de muitos projetos do programa.

  
   

  [1] Nørskov, Jens Kehlet, et al. "Origin of the overpotential for oxygen reduction at a fuel-cell cathode." The Journal of Physical Chemistry B 108.46 (2004): 17886-17892.

  [2] Siahrostami, Samira, et al. "One-or two-electron water oxidation, hydroxyl radical, or H2O2 evolution." The journal of physical chemistry letters 8.6 (2017): 1157-1160.

   

• Palavras-chave
• Teoria do funcional da densidade, processos eletroquimicos, eletrodo computacional
• Modalidade
• Comunicação oral
• Área Temática
• Materiais Funcionais Avançados