ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: estudo teórico químico-quântico de metaloporfirinas de Ni+2 para atuarem em células combustivéis
AUTORES: SILVA, C.S. (UFAM) ; PASSOS, R. R. (UFAM) ; MAGALHÃES, L.A.M. (INPA) ; OLIVEIRA, K.M.T. (UFAM)
RESUMO: As células combustíveis são consideradas uma alternativa para a substituição das atuais fontes energéticas apesar de apresentarem o problema da quebra do O2. Os atuais catalisadores não conseguem quebrar as moléculas de O2 da mesma forma que fazem com a ligação de H2. Uma das alternativas para isso é o uso de metaloporfirinas, que auxiliam os atuais catalisadores na eletrocatálise do O2. Desta forma, foram realizados cálculos em plataforma de Windows, no programa GaussianTM 2003, em modo PCM com o solvente água e DFT no funcional b3lyp em base lanl2dz e 3-21g com metaloporfirinas de Ni+2 para atuarem na quebra do O2. Os resultados mostram que a quebra do O2 não ocorre, o que possivelmente se deve ao solvente utilizado.
PALAVRAS CHAVES: células, o2, metaloporfirinas
INTRODUÇÃO: Atualmente, o que mais chama atenção de nossa sociedade é a questão do aquecimento global decorrente do excesso de CO2 na atmosfera terrestre, principalmente pela queima de combustíveis fósseis para suprir as nossas necessidades energéticas.
As células combustíveis tornam-se uma alternativa para a substituição das tradicionais fontes energéticas, o que se deve ao fato destas apenas produzirem vapor de água para a atmosfera e também por terem uma maior eficiência na produção de energia.
Em contrapartida, as células combustíveis apresentam um problema na quebra do O2, pois os atuais catalisadores de platina não conseguem quebrar as moléculas de O2 com a mesma eficiência que conseguem quebrar a ligação das moléculas de H2. Uma das alternativas para isso é uso de metaloporfirinas no auxílio aos atuais catalisadores, na eletrocatálise do O2 para aumentar a eficiência das células combustíveis.
O estudo de metaloporfirinas como catalisadores no processo da eletrocatálise do O2 pode ser realizado se utilizado os recursos disponíveis na química teórica e computacional. A partir dos recursos disponíveis nos pacotes computacionais pode-se fazer previsões de quais metaloporfirinas podem atuar como catalisadores em células combustíveis.
A busca por metaloporfirinas como catalisadores em processos eletroquímicos e o entendimento de tais processos podem ser feitos através dos cálculos teóricos e computacionais, de forma rápida e com custo inferior aos realizados de forma experimental.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram realizados cálculos em plataforma de Windows, no programa GaussianTM 2003, no modo polarizable continum model (PCM) tendo como solvente água, em abordagem da Teoria da Densidade Funcional (DFT) com funcional b3lyp com base de Lanl2dz para o Níquel, 3-21g+ para os átomos de hidrogênio, 6-31g+ para os átomos de oxigênio e 3-21g para átomos de carbono e nitrogênio, sendo a temperatura de 350 kelvin e pressão de 1 atm.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados mostram que a distância interatômica entre o átomo de níquel e átomo de oxigênio apresentou o valor de 1,51 A, demonstrando que a ligação entre esses átomos é muito fraca. O comprimento de ligação entre a molécula de O2 apresentou valor de 1,25 A, mostrado que houve um leve aumento no comprimento de ligação, uma vez que a molécula de O2 apresenta comprimento de 1,21 A.
A análise do NBO (Nature Bond Orbitals) mostrou que há uma ligação efetiva entre átomo de níquel e átomo de oxigênio, e que a ligação pi da molécula de O2 apresentou configuração sp17.09 e sp17.78. Já a análise populacional mostrou que a molécula de O2 apresentou uma carga positiva de 1,87, o que indica que tal carga foi doada para a metaloporfirina.
CONCLUSÕES: Os cálculos mostram que a metaloporfirina de níquel, tendo como solvente a água no modelo apresentado, não foi capaz de provocar a quebra da ligação de O2, somente seu enfraquecimento. Este fato indica uma certa aplicabilidade em células combustíveis, pois a molécula de O2, tendo sua ligação enfraquecida, pode facilitar a quebra numa etapa posterior da reação, isto é, a redução de oxigênio que ocorre na célula.
AGRADECIMENTOS: FAPEAM
CNPq
CAPES
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: J. P. Collman, F. C. Anson, C. E. Barnes, C. S. Bencosme, T. Geiger, E. R. Evitt, R. P. Kreh, K. Meier, R. B. Pettman, “ Further studies of the dimeric -linked "face-to-face four" porphyrin: FTF4. “ Journal of the American Chemical Society, v. 105, pg. 2694, 1983.
J. P. Collman, C. S. Bencosme, R. R. J. Durand, R. P. Kreh, F. C. Anson, “Mixed-metal face-to-face porphyrin dimmers”. Journal of the American Chemical Society, v. 105, pg. 2699, 1983.
R. R. J. Durand, C. S. Bencosme, J. P. Collman, F. C. Anson, “Mechanistic aspects of the catalytic reduction of dioxygen by cofacial metalloporphyrins”. Journal of the American Chemical Society, v. 105, pg. 2710, 1983.
