Banca de DEFESA: TIAGO MENDES DE SOUZA

Uma banca de DEFESA de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : TIAGO MENDES DE SOUZA
DATA : 04/08/2025
HORA: 09:00
LOCAL: Remoto
TÍTULO:

Avaliação das Propriedades Físico-Químicas de Nanoclusters de Níquel e Paládio e seu Potencial como Catalisador na Produção de Hidrogênio Verde

PALAVRAS-CHAVES:

níquel, paládio, hidrogênio, adsorção, catalisadores.

PÁGINAS: 128
RESUMO:

O hidrogênio verde consiste em uma alternativa aos combustíveis fósseis, no entanto, a
sua produção a partir da água ainda é onerosa, empregando catalisadores de metais
nobres. Tanto o níquel como o paládio têm propriedades catalíticas reconhecidas e a
mistura desses dois metais pode fornecer propriedades termodinâmicas interessantes,
assim como reduzir os custos no processo de produção de hidrogênio. Dado que o
desenvolvimento de novos materiais se torna urgente para viabilizar a produção em
larga escala desse gás, foram estudadas propriedades eletrônicas e estruturais de sis-
temas Nim Pdn−m . Sabendo que tanto a composição como o tamanho podem afetar as
propriedades de clusters foram utilizados valores de n de 13, 27 e 41; e composições
próximas à 0.0%, 12.5%, 25.0%, 37.5%, 50.0%, 62.5%, 75.0%, 87.5%, e 100.0% de níquel.
Para determinar a estrutura dos clusters unários, foram empregadas técnicas como o
algoritmo genético (GA, do inglês genetic algorithm), e técnicas de mineração e cluste-
rização de dados, como o k-means. Para a avaliação das propriedades dos clusters e
nanoligas foram realizados cálculos DFT em dois níveis: um cálculo de triagem, me-
nos preciso, e um cálculo final, mais acurado. Depois de finalizados os cálculos foram
determinadas as propriedades eletrônicas e o coeficiente de Sperman foi calculado
para determinar quais propriedades são responsáveis pela estabilização das ligas. Foi
verificado que a formação das ligas é energeticamente favorável, ainda notamos que há
variação das propriedades das partículas com o aumento do tamanho, por exemplo, o
gap HOMO-LUMO tende a diminuir com o aumento do diâmetro da estrutura. Enfim,
pela análise da correlação de Spearman notamos que as propriedades estruturais estão
altamente correlacionadas com a estabilidade dos sistemas avaliados.
Os clusters unários e binários (nanoligas) de 13 e 27 átomos mais estáveis obtidos na
primeira parte desta tese foram selecionados para avaliação como eletrocatalisadores
na reação de evolução do hidrogênio (HER, do inglês hydrogen evolution reaction). Esses
sistemas já permitem avaliar os efeitos “core-shell” e da elevação do número de átomos
sobre a HER. As configurações formadas pelo hidrogênio adsorvido aos clusters e
ligas (Nim Pdn – m H) foram geradas e selecionadas com base em um novo protocolo, o
qual empregou um algoritmo para gerar as estruturas iniciais combinado à técnicas
de clusterização de dados para selecionar as estruturas mais representativas. Nesta
parte foi empregada a correção de van der Waals nos cálculos DFT para descrever as
interações intermoleculares. Além disso, a variação da energia de Gibbs (∆G) de cada
configuração mais estável foi obtida por meio do modelo do eletrodo computacional de
hidrogênio (CHE, do inglês computational hydrogen electrode).
Se verificou que os clusters unários de 27 átomos e a liga Ni10 Pd3 apresentaram os
VIvalores de ∆G mais próximos de zero (cerca −0.44 eV e −0.35 eV respectivamente) e,
portanto, apresentam as menores barreiras de potencial, o que facilita a dessorção do H2 .
Além disso, foi notado que há uma tendência de aumento em ∆G quando o tamanho
dos clusters unários aumentou de 13 para 27 átomos, havendo uma tendência para
valores próximos aos calculados para a fase bulk. O hidrogênio atômico se adsorve
em sítios hollow e bridge nos clusters unários e binários (ligas) estudados. Por meio de
uma análise de cargas parciais, foi verificado que esses sítios nos quais o átomo H se
ligou apresentam átomos com cargas negativas ou são formados por átomos de cargas
neutras que estão ligados à átomos com cargas fortemente negativas (esse último caso só
ocorreu em clusters de geometria altamente simétrica). Também foi notado que clusters
com elevadas variações de carga (∆Q) tendem a ter baixos ∆G.

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - BRENO RODRIGUES LAMAGHERE GALVAO
Interno - JOAO PAULO CAMPOS TRIGUEIRO
Externa à Instituição - JULIANA FEDOCE LOPES - UNIFEI - UNI
Externo à Instituição - MATEUS XAVIER SILVA - UFMG
Externo à Instituição - JOÃO PEDRO BRAGA - UFMG
Externo à Instituição - LUÍS PEDRO VIEGAS - UC