De autoria dos pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), Manoel Victor Frutuoso Barrionuevo, Juan Andrés e Miguel Angel San-Miguel, o artigo intitulado “A Theoretical Study on the Structural, Electronic, and Magnetic Properties of Bimetallic Pt13−nNin (N = 0, 3, 6, 9, 13) Nanoclusters to Unveil the Catalytic Mechanisms for the Water-Gas Shift Reaction”, foi recentemente divulgado no periódico Frontiers in Chemistry.
O trabalho, que vem sendo desenvolvido junto ao projeto de doutorado de Manoel Barrionuevo no Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), trata-se de um estudo teórico das nanopartículas de platina-níquel contendo 13 átomos cujo o objetivo é compreender não só as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas desses nanomateriais, como também de que maneira eles podem atuar como catalisadores da reação de deslocamento gás d’água.
Tal reação é de extrema importância para a indústria, tanto do ponto de vista da qualificação do gás de reforma (o gás de síntese), quanto para a obtenção do gás hidrogênio, uma fonte de energia verde e limpa. Portanto, para o desenvolvimento deste estudo foram empregadas metodologias mecânico-quânticas, com ênfase no modelo do DFT (Density Functional Theory) e nos modelos de tight-binding (TB model), que se caracterizam por serem modelos semi-empíricos e que, neste caso, foram essenciais para a exploração dos sistemas de nanopartículas.
“Nosso trabalho apresenta a interessante característica de exploração ampla desses sistemas, no qual temos diferentes composições de nanopartículas com diferentes estruturas possíveis. A partir disso, pudemos utilizar um método semi-empírico para explorar todo o universo possível de nanoclusters que existe para cada combinação de composição e também explorar o mecanismo reacional do deslocamento dessa água que acontece nas superfícies desses catalisadores”, explicou Barrionuevo, primeiro autor da pesquisa.
Em um primeiro momento, o artigo apresenta uma explicação simples, porém significativa de como foi possível avaliar algumas características desses materiais que podem ser importantes na determinação do seu potencial catalítico frente aos mecanismos de interesse. Neste sentido, além de observar a variação estrutural dessas nanopartículas com respeito ao ciclo catalítico como um todo, também foram avaliadas as energias calculadas dos sistemas reacionais de cada etapa catalítica, o denominado turnover frequency (TOF), que seria a frequência de reações possíveis que aquele catalisador é capaz de realizar em determinado espaço de tempo.
Tais propriedades estudadas no trabalho, de acordo com Barrionuevo, permitem sugerir quais desses materiais têm maior propriedade catalítica ou maior estabilidade catalítica de interesse. “Primeiramente observamos que uma composição Pt10Ni3 apresenta um expressivo valor de TOF, o que, em teoria, poderia ser um excelente catalisador, no entanto a variação estrutural dessa nanopartícula frente ao mecanismo da reação é tão grande que talvez sugira que ele não seja um bom candidato a um mecanismo catalítico perene, ou seja, capaz de sobreviver a mais de um ciclo reacional”, acrescentou.
Ao final do estudo, dois outros candidatos que podem ser de maior interesse foram analisados. Pt7Ni6 e Pt4Ni9 abrem perspectivas futuras para explorar como esses sistemas se comportam quando sustentados em materiais óxidos e outras superfícies que já são estudadaspelo pelo grupo Unicamp Materials Simulation Lab e por outros grupos vinculados ao CDMF.
O artigo pode ser acessado no repositório do CDMF clicando AQUI.
CDMF
O CDMF, sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e recebe também investimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN).
