Artigo em destaque: Filmes de grafeno e níquel, melhores catalisadores para a produção de hidrogênio.


O artigo científico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Nanocatalysts for hydrogen production from borohydride hydrolysis: graphene-derived thin films with Ag- and Ni-based nanoparticles. Leandro Hostert, Eduardo G. C. Neiva, Aldo J. G. Zarbin, Elisa S. Orth. J. Mater. Chem. A, 2018,6, 22226-22233. DOI 10.1039/C8TA05834B.

Filmes de grafeno e níquel: melhores catalisadores para a produção de hidrogênio

Milhares de veículos movidos a gás hidrogênio já circulam em algumas regiões do mundo soltando apenas água pelo escapamento. Enquanto combustível ou fonte de energia, o hidrogênio é, de fato, uma opção extremamente limpa (não gera emissões nocivas) e eficiente (pode produzir mais energia do que qualquer outro combustível). Entretanto, o hidrogênio em forma pura não existe na natureza no planeta Terra. Ele precisa ser produzido, e a maior parte dos métodos de geração de hidrogênio conhecidos até o momento pecam tanto no aspecto econômico quanto no ecológico.

Uma alternativa a esses métodos foi recentemente apresentada por uma equipe de pesquisadores da Universidade Federal do Paraná (UFPR), ligados ao programa de pós-graduação em Química. Esses cientistas brasileiros propuseram um método limpo, eficiente, simples e de baixo custo para produzir hidrogênio. A equipe desenvolveu novos catalisadores (compostos que modificam a velocidade de uma reação química sem ser consumidos nela), feitos de grafeno e nanopartículas metálicas, que tornaram viável a produção de hidrogênio por meio da hidrólise de borohidreto – uma reação química ainda pouco utilizada na geração de hidrogênio apesar do enorme potencial que apresenta por ser limpa e muito simples.

Fotografias e esquemas representativos da geração de H2 por hidrólise de borohidreto catalisada com filmes finos de grafeno e nanopartículas metálicas. Os filmes, de cerca de 500 nm de espessura, recobrem os dois lados de uma plaqueta de vidro, cobrindo 15 cm2, a qual fica imersa numa solução de borohidreto de sódio e água. Nas fotos podem ser vistas as bolhas de gás hidrogênio geradas na superfície do catalisador.
Fotografias e esquemas representativos da geração de H2 por hidrólise de borohidreto catalisada com filmes finos de grafeno e nanopartículas metálicas. Os filmes, de cerca de 500 nm de espessura, recobrem os dois lados de uma plaqueta de vidro, cobrindo 15 cm2, a qual fica imersa numa solução de borohidreto de sódio e água. Nas fotos podem ser vistas as bolhas de gás hidrogênio geradas na superfície do catalisador.

Nessa reação, que é realizada em temperatura ambiente, moléculas de borohidreto de sódio (NaBH4), reagem espontaneamente com moléculas de água gerando moléculas de hidrogênio (H2). O processo ocorre em apenas uma etapa, e é realizado com o auxílio de materiais catalisadores, que aceleram a velocidade da reação.

“O trabalho desenvolvido tem como principal contribuição a possibilidade de geração de H2 por meio de filmes finos de nanocompósitos de grafeno”, diz a professora Elisa Souza Orth, autora correspondente de um artigo sobre o trabalho, recentemente publicado no Journal of Materials Chemistry A (fator de impacto= 9,931). “Os nanocompósitos de materiais à base de carbono com nanopartículas metálicas têm mostrado muitas aplicações promissoras e mostramos que, para a hidrólise de borohidreto, menos explorada, eles também poderiam ser empregados com eficiência”, completa.

Dentre os filmes finos catalisadores produzidos pela equipe da UFPR, os que apresentaram melhor desempenho foram os de óxido de grafeno reduzido com nanopartículas de níquel (rGO/Ni). De fato, esse nanocompósito, produzido com um metal relativamente barato, o níquel, apresentou um desempenho superior ao da maior parte dos catalisadores já reportados na literatura científica, inclusive aqueles preparados com metais nobres, cujo custo é muito maior. Em linhas gerais, isso significa que pequenas quantidades de rGO/Ni (algumas dezenas de mg) geraram grandes volumes de hidrogênio (400 ml) em curtos prazos de tempo (5 horas).

Além disso, os filmes desenvolvidos pela equipe brasileira apresentaram mais uma característica importante para um catalisador: eles podem ser facilmente retirados do recipiente de reação, lavados e secados sem sofrer danos, possibilitando assim seu reuso. “Nesse trabalho, conseguimos reutilizar o mesmo nanocatalisador em 10 ciclos consecutivos, sem perder atividade”, conta a professora Orth.

Esses resultados foram possíveis graças à união das competências em fabricação de nanomateriais de carbono do Grupo de Química de Materiais, coordenado pelo professor Aldo José Gorgatti Zarbin com a expertise em processos de catálise do Grupo de Catálise e Cinética, liderado pela professora Orth. Esses dois grupos da UFPR têm um histórico de colaboração na aplicação de materiais de carbono; inicialmente, no estudo de pesticidas e, atualmente, no desenvolvimento de materiais multifuncionais com atividade catalítica extraordinária.

O doutorando Leandro Hostert em laboratório do programa de pós-graduação em Química da UFPR.
O doutorando Leandro Hostert em laboratório do programa de pós-graduação em Química da UFPR.

Além do desenvolvimento dos catalisadores e da sua aplicação na produção de hidrogênio, o trabalho publicado no Journal of Materials Chemistry A incluiu uma análise das diversas formas de se medir a atividade catalítica de um material. Os autores conseguiram uniformizar critérios e comparar diversos resultados obtidos no laboratório e encontrados na literatura científica. “Desenvolvemos um estudo cinético que complementa a discussão dessas reações complexas e pode ajudar a orientar para uma compreensão mais concisa da atividade catalítica”, explica Elisa Orth.

A pesquisa foi realizada dentro do doutorado em andamento de Leandro Hostert, orientado pela professora Orth, e contou com financiamento do CNPq, CAPES, Fundação Araucária, INCT Nanocarbono e L´Oréal–UNESCO-ABC por meio do Prêmio para Mulheres na Ciência (2015) e International Rising Talents (2016) recebidos por Elisa Orth.

Artigo em destaque: Domando a reatividade de nanoligas.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Charge transfer effects on the chemical reactivity of PdxCu1−x nanoalloys. M. V. Castegnaro, A. Gorgeski, B. Balke, M. C. M. Alves and J. Morais. Nanoscale, 2016,8, 641-647. DOI: 10.1039/C5NR06685A.

Domando a reatividade de nanoligas

Quando, em 2009, o grupo do Laboratório de Espectroscopia de Elétrons (LEe-) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) decidiu começar a desenvolver “em casa” as nanopartículas metálicas que necessitava para seus estudos, deparou-se com alguns problemas. Muitos dos métodos de síntese reportados na literatura científica não forneciam os resultados esperados ao serem realizados no laboratório gaúcho.

Autores do trabalho. Da esquerda para direita e de cima para baixo: Marcus Vinicius Castegnaro, Andreia Gorgeski, dr. Benjamin Balke, professora Maria do Carmo Martins Alves e professor Jonder Morais.

Motivados fortemente pela curiosidade, como sempre, relata o professor Jonder Morais, pesquisador do LEe-, os membros do grupo conseguiram, depois de muita dedicação, desenvolver novas rotas de síntese que, além de reprodutíveis, são amigáveis com o meio ambiente, eficientes e de baixo custo. “Os primeiros artigos começaram a ser publicados em revistas internacionais em 2013, inicialmente com nanopartículas de paládio (Pd), platina (Pt) e prata (Ag) aplicadas à decomposição catalítica do óxido nítrico. Na sequência, publicamos alguns trabalhos focados em estudos in situ, que visam determinar os mecanismos de formação e crescimento de nanopartículas monometálicas. Recentemente começamos a relatar resultados obtidos com sistemas mais complexos, como as nanoligas de paládio e cobre (Pd-Cu)”, conta o professor Morais.

Nesse último grupo se inserem os resultados recentemente reportados em um artigo publicado na prestigiada revista Nanoscale, cujos autores principais são o professor Jonder Morais e Marcus Vinicius Castegnaro, estudante do curso de doutorado em Física da UFRGS orientado por Morais. A pesquisa englobou desde a produção dos nanomateriais até a sondagem de suas aplicações. “Foi fundamental contar com alunos dedicados, dispostos a enfrentar o desafio de preparar rigorosamente suas próprias amostras, e correlacionar as propriedades eletrônicas e estruturais para entender as propriedades finais em termos de reatividade química”, comenta Morais.

No trabalho publicado na Nanoscale, nanopartículas compostas por ligas de paládio e cobre foram produzidas aplicando um método simples, desenvolvido pela equipe do LEe-. Esse processo é realizado em condições amenas para o meio ambiente e a saúde (meio aquoso, temperatura e pressão ambiente, e uso de substâncias inócuas e baratas como o ácido ascórbico e o citrato de sódio). Várias amostras foram sintetizadas por essa rota, contendo três quantidades diferentes de átomos de paládio e cobre.

As nanopartículas sintetizadas passaram por uma série de análises realizadas na UFRGS, na cidade de Porto Alegre, viajaram a Campinas para outra série de análises em equipamentos do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e atravessaram o oceano até a Universidade Johannes Gutenberg, na Alemanha, para realização de algumas medidas complementares. A partir da caracterização, os autores do estudo concluíram que as nanopartículas tinham um tamanho de, aproximadamente, 4 nm e eram altamente cristalinas, entre outras características. Além disso, por meio de experimentos realizados pela técnica de XANES in situ, a equipe de cientistas expôs as nanopartículas a monóxido de carbono (CO) a 450 °C e sondou a reatividade das nanoligas, ou seja, sua capacidade de reagirem quimicamente.

Depois de estudarem os resultados da caracterização, os autores do artigo puderam concluir que a composição da liga influi na capacidade das nanoligas de se reduzirem (ganharem elétrons) e de se oxidarem (perderem elétrons). De fato, quanto maior a quantidade de paládio, a redução ocorre com mais facilidade, e a oxidação, com mais dificuldade.

Esquema representativo da correlação entre a transferência parcial de carga entre os átomos de Pd e Cu (observada por XPS) e a reatividade frente à exposição a CO (sondada por XANES in situ) para as nanoligas Pdx¬Cu1-x. Observou-se que quanto maior a quantidade de Pd presente na nanoliga, maior é a reatividade da amostra frente à redução por CO, e maior é a resistência à oxidação dos átomos que a compõem.

“Os resultados publicados, obtidos pela associação de diversas técnicas experimentais, são relevantes para a compreensão da origem da alta reatividade catalítica de nanoligas de paládio e cobre (Pd-Cu), bem como para elucidar comportamentos similares apresentados por outros sistemas bimetálicos”, destaca Jonder Morais. “Principalmente, tais resultados podem ser utilizados no “design” de novos nanomateriais mais eficientes para diversas aplicações, como por exemplo, na indústria petroquímica, em células a combustível ou no controle da emissão de gases poluentes”, conclui.

Inscrições abertas para Mestrado Profissional em Materiais e Catálise da Univap (São José dos Campos, SP).


O Programa de Pós-graduação em Materiais e Catálise da Universidade do Vale do Paraíba (Univap) está com inscrições abertas para o segundo semestre de 2014. O mestrado possui três linhas de pesquisa principais: (1) Desenvolvimento de materiais para suporte catalítico; (2) Processamento e caracterização de materiais metálicos; e (3) Processamento e caracterização de materiais compósitos, cerâmicos e poliméricos.

As inscrições podem ser feitas, pela internet, até 04/07. A prova de conhecimentos e entrevistas serão realizadas no dia 30/07, das 13:30h às 18:00h, no Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento do campus Urbanova em São José dos Campos (SP). Podem participar do processo seletivo egressos de Engenharia, Química ou Física incluindo bacharéis e tecnólogos de áreas afins.

Mais informações em http://www.univap.br/ipd/proc_materiais_catalise/mestrado_proc_materiais_catalise/proc_seletivo.php ou pelo e-mail ivone@univap.br.

Chamada para bolsas de pós-doutorado da Dahlem Research School (Alemanha).


A Dahlem Research School, centro da Freie Universität Berlin para programas de excelência de doutorado e apoio para pós-doutorandos internacionais, estabeleceu um programa de bolsas de pesquisa, disponibilizando financiamento para que pesquisadores de pós-doutorado de destaque em todas as disciplinas possam realizar o seus próprios projetos de pesquisa na Freie Universität Berlin.

O programa é co-financiado pela Iniciativa de Excelência Alemã e pelo Programa Marie Curie da Comissão Europeia e tem como objetivo dar apoio a pós-doutorandos altamente qualificados com experiência de pesquisa internacional, além de integrá-los às redes de pesquisa da universidade na fase inicial de sua carreira.

Atualmente, são oferecidas 18 bolsas de pós-doutorado nas áreas de medicina, ciências naturais e exatas, ciências sociais e humanas e estudos regionais com uma duração de 18 meses.  Catálise é um dos temas de interesse.

A data-limite para a inscrição é o dia 15 de setembro de 2013.

Mais informações:

http://www.fu-berlin.de/pt/sites/brazil/cofund_point_regain2014.html.