INVESTIGAÇÃO DE MATERIAIS A BASE DE GRAFENO UTILIZADOS COMO ELETROCATALISADORES EM CÉLULAS COMBUSTÍVEL DE H2 - DOPANTE: NITROGÊNIO PIRIDÍNICO - PARTE 2

PAULO FELIPE DOS ANJOS DE CASTRO; Gladson de Souza Machado

Título do Trabalho

Autores

PAULO FELIPE DOS ANJOS DE CASTRO
Gladson de Souza Machado

Modalidade

Resumo

Área temática

Ciências Exatas e da Terra - Química

Data de Publicação

27/03/2026

País da Publicação

Brasil

Idioma da Publicação

pt-BR

Página do Trabalho

https://www.even3.com.br/anais/xii-reuniao-anual-iniciacao-cientifica-da-ufrrj-raic/1331533-investigacao-de-materiais-a-base-de-grafeno-utilizados-como-eletrocatalisadores-em-celulas-combustivel-de-h2---d

ISBN

978-65-272-2302-3

Palavras-Chave

DFT, cluster, redução de oxigênio

Resumo

A busca por materiais alternativos à platina em células a combustível ainda é um desafio importante para tornar o uso do hidrogênio mais viável como fonte de energia. Entre as opções estudadas, materiais de carbono dopados com nitrogênio têm mostrado resultados promissores como catalisador no mecanismo de reações de redução de oxigênio. No trabalho anterior, foram avaliados os primeiros resultados teóricos do grafeno dopado com nitrogênio piridínico, mostrando a possibilidade de atuação em diferentes mecanismos de reação através do cálculo da diferença de energia em fase isolada em nível PBE/cc-pVDZ. Nesta nova etapa, a pesquisa continua aprofundando a análise, agora considerando condições mais próximas da aplicação real e avaliando melhor o papel dos sítios ativos e da dopagem na eficiência catalítica. O objetivo é entender de forma mais clara como esse material pode contribuir para o avanço de tecnologias em energia limpa. Nesta etapa do trabalho foram realizados cálculos teóricos de otimização de geometria e frequência vibracional utilizando a Teoria do Funcional de Densidade (DFT), com o funcional PBE, considerando sistema em fase isolada no programa Orca 5.0.3. Nesta fase foram aplicadas as funções de base cc-pVTZ e cc-pVQZ, com o objetivo de aumentar a precisão dos resultados e verificar possíveis diferenças nos valores de energia obtidos. A investigação considerou a competitividade entre dois mecanismos para a reação de redução de oxigênio: o mecanismo de 4 elétrons, que leva à formação de água (H2O): * + O2 --> O2* + e- + H+ --> HO2* + e- + H+ --> O* + e- + H+ --> HO* +e- + H+--> H2O + *, e o mecanismo de 2 elétrons, que resulta na formação de peróxido de hidrogênio (H2O2): * + O2 --> O2* + e- + H+ --> HO2* + e- + H+ --> * + H2O2. O eletrocatalisador foi representado por um cluster bidimensional de grafeno dopado com nitrogênio piridínico ao centro (C42H17N). A adsorção do oxigênio e dos intermediários (HO2*, O* e HO*) continuou sendo avaliada nos 4 sítios ativos, C4, C9, C11 e C24. As novas funções de base permitiram analisar com mais confiabilidade às diferenças de energia associadas a cada etapa, comparando os mecanismos de 2 e 4 elétrons e identificando em quais sítios a reação ocorre de forma mais favorável. Observou-se que a etapa competitiva do mecanismo de 4 elétrons apresentou diferenças de energia entre -10,4 e -10,9 eV, sendo mais exotérmica em alguns sítios de adsorção. Na etapa seguinte, a diferença de energia variou entre -9,3 e -9,9 eV, que indicam comportamento estável e também exotérmico. Com os novos cálculos realizados, foi possível obter resultados mais confiáveis para a adsorção dos intermediários envolvidos na reação de redução de oxigênio. Alguns resultados ainda estão em processamento, principalmente referentes ao mecanismo de 2 elétrons e à última etapa do mecanismo de 4 elétrons. Esses cálculos complementares serão importantes para confirmar as tendências observadas e comparar de forma mais detalhada a viabilidade entre os dois mecanismos. Assim, esta etapa da pesquisa reforça a relevância do cluster como eletrocatalisador promissor e abre caminho para análises futuras em condições mais próximas às reais, como em fase solvatada.

Título do Evento: XII Reunião Anual de Iniciação Científica da UFRRJ (RAIC 2025) & VI Reunião Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação (RAIDTec 2025)
Cidade do Evento: Seropédica
Título dos Anais do Evento: Anais da Reunião Anual de Iniciação Científica e Reunião Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da UFRRJ - Justiça climática: por um mundo mais sustentável, justo e igualitário
Nome da Editora: Even3
Meio de Divulgação: Meio Digital

Como citar

CASTRO, PAULO FELIPE DOS ANJOS DE; MACHADO, Gladson de Souza. INVESTIGAÇÃO DE MATERIAIS A BASE DE GRAFENO UTILIZADOS COMO ELETROCATALISADORES EM CÉLULAS COMBUSTÍVEL DE H2 - DOPANTE: NITROGÊNIO PIRIDÍNICO - PARTE 2.. In: Anais da Reunião Anual de Iniciação Científica e Reunião Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da UFRRJ - Justiça climática: por um mundo mais sustentável, justo e igualitário. Anais...Seropédica(RJ) UFRRJ, 2025. Disponível em: https//www.even3.com.br/anais/xii-reuniao-anual-iniciacao-cientifica-da-ufrrj-raic/1331533-INVESTIGACAO-DE-MATERIAIS-A-BASE-DE-GRAFENO-UTILIZADOS-COMO-ELETROCATALISADORES-EM-CELULAS-COMBUSTIVEL-DE-H2---D. Acesso em: 29/05/2026