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Type: Dissertação
Title: Efeito da funcionalização nas propriedades fotofísicas da MOF UiO-66
Authors: Vinicius Gonçalves Souto Fontenelle
First Advisor: Guilherme Ferreira de Lima
First Co-advisor: Willian Ricardo Rocha
First Referee: Heitor Avelino de Abreu
Second Referee: Thiago Teixeira Tasso
Abstract: Diante dos desafios ambientais enfrentados nos dias de hoje, provocados pelo aumento constante nas emissões de gases de efeito estufa, especialmente o CO₂, torna-se crucial desenvolver métodos sustentáveis para mitigar os impactos ambientais e sociais causados. Uma alternativa para a diminuição do CO₂ na atmosfera é a reação de redução fotocatalítica dessa molécula em compostos de fração C1/C2, a partir da luz solar. Essa estratégia possibilita, além da diminuição do CO₂ na atmosfera, transformar um poluente em produtos de alto valor agregado. Por ser uma molécula com uma energia de ligação muito elevada e considerada muito estável, é imprescindível a presença de um catalisador para a reação ocorrer. Para um material ser utilizado como fotocatalisador, é necessário que ele absorva a maior quantidade de luz solar possível, otimizando assim a utilização da luz solar como fonte primária de energia. As redes metalorgânicas (MOFs) aparecem como materiais promissores para essa função. Esses materiais são constituídos por cátions metálicos e ligantes orgânicos que formam um sólido poroso com uma elevada área superficial e uma estrutura facilmente modificada. Um dos principais diferenciais das MOFs como fotocatalisadores é que, particularmente, os ligantes orgânicos, desempenhando o papel de antenas, têm a capacidade de captar luz para gerar elétrons fotoinduzidos, reduzindo diretamente o dióxido de carbono. Particularmente, a MOF UiO-66 é um material largamente utilizado por apresentar uma estabilidade térmica considerável. Porém, essa MOF não apresenta atividade óptica satisfatória para ser utilizada como fotocatalisador. A funcionalização dessa MOF com a inserção de grupos funcionais (NH₂) e moléculas ricas em elétrons (ferroceno) é uma estratégia interessante para potencializar esse material como catalisador. Neste trabalho, foram investigadas computacionalmente as MOFs UiO-66, NH₂-UiO-66 e NH₂-UiO-66-Fc para avaliar as propriedades estruturais, eletrônicas e fotofísicas desses materiais, com o objetivo de avaliar o potencial desses materiais como catalisadores para a reação de redução do dióxido de carbono. Os resultados obtidos indicam que a funcionalização e a introdução de defeitos nas MOFs podem desempenhar um papel importante na melhoria da eficiência fotocatalítica para a redução de CO₂, sendo possível observar nitidamente efeitos positivos da inserção do ferroceno e do grupo amino às estruturas.
Abstract: Given the contemporary environmental challenges, such as global warming and ocean acidification, caused by the constant increase in greenhouse gas emissions, particularly CO₂, it is crucial to develop sustainable methods to mitigate these environmental and social impacts. One alternative for reducing atmospheric CO₂ is the photocatalytic reduction of this molecule using solar energy. This strategy not only reduces atmospheric CO₂ but also transforms a pollutant into high-value-added products. Due to the high bond energy and stability of CO₂, the presence of a catalyst is essential for the reaction to occur. For a material to be used as a photocatalyst, it must absorb as much solar energy as possible, thereby optimizing the use of solar energy as the primary energy source. Metal-organic frameworks (MOFs) are promising materials for this purpose. These materials consist of metal cations and organic ligands that form a porous solid with a high surface area and easily modifiable structure. One of the main advantages of MOFs as photocatalysts is that the organic ligands, acting as antennas, can capture light to generate photoinduced electrons, directly reducing carbon dioxide. Specifically, the MOF UiO-66 is widely used due to its considerable thermal stability. However, this MOF does not exhibit sufficient optical activity to be used as a photocatalyst. Functionalizing this MOF by incorporating functional groups (NH₂) and electron-rich molecules (ferrocene) is an interesting strategy to enhance its catalytic potential. In this study, the MOFs UiO-66, NH₂-UiO-66, and NH₂-UiO-66-Fc were computationally investigated to assess the structural, electronic, and photophysical properties of these materials, with the objective of evaluating their potential as catalysts for the reduction of carbon dioxide. The results indicate that the functionalization and introduction of defects in the MOFs can play a crucial role in improving the photocatalytic efficiency for CO₂ reduction, clearly showing positive effects from the incorporation of ferrocene and amino groups into the structures.
Subject: Físico-química
Biofísica
Fotocatálise
Catalisadores
Mecânica quântica
Funcionais de densidade
Efeito estufa (Atmosfera)
Aquecimento global
Redução (Química)
Dióxido de carbono atmosférico
Compostos organometálicos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/70468
Issue Date: 8-Jul-2024
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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