Ataualpa Albert Carmo Braga.

Research Centre for Greenhouse Gas Innovation - RCG2I: Subproject - 113 - MTA RD - Cooperation Agreements - Total Energies Company - Summary: This project aims to develop and optimize the catalytic conversion of methanol to aromatics (MTA) through three interconnected sub-projects. The first sub-project focuses on the selection, synthesis, and characterization of hierarchical catalysts, modifying and optimizing them with input from theoretical studies and other sub-projects. The second sub-project concentrates on process development, conducting catalytic tests at low pressures, and exploring supercritical conditions to prevent catalyst deactivation, with the goal of optimizing reaction conditions. The third sub-project uses computational chemistry to screen potential catalysts, explore structure-activity relationships, and investigate catalytic reaction steps, guiding the design and optimization of efficient and selective catalysts. Collectively, these sub-projects aim to achieve an integrated approach for the catalytic conversion of methanol to aromatics, enhancing catalyst performance and process efficiency.

O FAPESP - SHELL CENTRO DE PESQUISA E INOVAÇÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA tem como objetivo ser um centro de classe mundial para estudos avançados com foco em inovação para sustentabilidade e mitigação de emissões de gases de efeito estufa. O Centro complementa a experiência da Fapesp no apoio à pesquisa científica de alto nível e ao desenvolvimento de tecnologia nessas áreas. Temos como objetivo o estabelecimento de um Centro de classe mundial com investigações de pesquisa, inovação e disseminação de conhecimento para contribuir mundialmente com soluções para o desafio mais significativo que a humanidade está enfrentando no século 21: Mudanças Climáticas. Neste empreendimento, o Centro possui cinco Programas de pesquisa distintos, mas complementares: Soluções Baseadas na Natureza (NBS), Captura e Utilização de Carbono (CCU), Captura e Armazenamento de Carbono para Bioenergia (BECCS), Gases de Efeito Estufa (GEE) e Advocacia. O Centro reúne uma equipe técnica e científica que tem se envolvido, ao longo dos últimos anos, com problemas nas áreas de energia e meio ambiente, propondo soluções parciais relacionadas a um dos Programas citados. O Centro pretende integrar este esforço, explorando os distintos enfoques de forma complementar; dar respostas e fornecer soluções inovadoras, de acordo com o melhor planeamento possível, às questões suscitadas pelos problemas de engenharia existentes, políticas econômicas e impactos sociais associados à emissão de gases de efeito de estufa e ao meio ambiente. A integração desses cinco temas e de todo o conhecimento e inovação gerados nesse Centro apoiarão diretamente o Brasil no alcance das Contribuições Nacionalmente Determinadas (NDCs) por meio de Pesquisa Inovação. O Centro servirá para liberar o potencial brasileiro para uma transição energética sustentável, visando um aumento bem abaixo de 2C no cenário global de mudanças climáticas.Especificamente no CCU estamos focados no subprojeto: "Desenvolvimento de rotas catalíticas para transformação de CO2 em produtos químicos e materiais". Este projeto tem por objetivo criar valor a partir das emissões de CO2 pelo desenvolvimento de processos catalíticos eficientes, projetando melhores catalisadores, para a conversão de CO2 em álcoois, como o etanol, e do etanol em em produtos químicos, p.e. monômeros. Outro objetivo é gerar tecnologias para o segmento industrial de produção de etanol, desenvolvendo compostos drop-in, que são produzidos em larga escala pela indústria petroquímica, e assim contribuir para mitigar as emissões de CO2.

Trabalho de produção de conteúdo de divulgação científica audivisual com foco em cientistas negros. Este projeto foi desenvolvido em conjunto com o coletivo negro Com Ciência Negra do IQ-USP. Ressalto a motivação destes alunos e de seu empenho em produzir material de qualidade para recuperar a história científica de nosso país e divulgar este conhecimento para as entidades de ensino público no Brasil, atingindo milhares de alunos. Acreditamos que este material será muito útil na concepção de uma melhor representatividade dos nossos cientistas negros, motivando futuros pesquisadores a seguirem seus exemplos. Seria uma oportunidade única para que alunos negros e pardos do Instituto de Química, cada vez mais numerosos com as ações afirmativas dos últimos anos, possam contar a história científica a partir de um ponto de vista mais abrangente e representativo quanto às suas origens.

Este projeto pretende demonstrar o potencial da combinação de polímeros com impressão molecular (MIPs - do inglês molecularly imprinted polymers) com inovadores técnicas de microextração de preparo de amostra, nomeadamente microextração por difusão gasosa (GDME - do inglês gas-diffusion microextraction). Ambas as técnicas são relevantes em química analítica devido as suas propriedades de seletividade, simplicidade e capacidade de obtenção de fatores enriquecimento. A sua combinação pode ter resultados sinergéticos; a separação prévia possibilitada pelo GDME pode aumentar a eficiência dos MIPs, conseguindo-se assim desenvolver metodologias analíticas mais sensíveis. Após o passo de preparo de amostra GDME-MIP, a metodologia poderá ser completada por um detetor acoplado a uma coluna cromatográfica (e.g. HPLC-UV), um detetor electroanalítico ou mesmo eletroforese capilar. Pretende-se desenvolver todos estas diferentes ramificações experimentais.

Grande parte da energia consumida no mundo vem da queima de combustíveis fósseis à base de petróleo (óleo diesel, gasolina, querosene para aviação e gás liquefeito). Além dos combustíveis utilizados em nossa sociedade moderna, o petróleo também é matéria-prima de uma extensa cadeia de produtos, por exemplo, parafina, produtos de asfalto, nafta petroquímica, solventes, plásticos, etc. Apesar da grande importância dos combustíveis fósseis, existem vários motivos para a pesquisa de fontes de energia alternativas e renováveis, que inclui problemas ambientais e o fato de que o petróleo vai se esgotar no futuro. Por conseguinte, existe um grande interesse no uso de recursos de energia renovável, como a energia hidrelétrica, a biomassa, o mar, o vento interior, a energia fotovoltaica, o hidrogênio, bem como o desenvolvimento de novos veículos de energia a partir da conversão de metano e/ou do CO2 capturado de Ar combinado com H2 da água. Devido à grande demanda, acreditamos que essas tecnologias serão combinadas no futuro para produzir um planeta sustentável. A Divisão de Computação de Ciência e Química de Materiais (CMSC) se concentrará apenas em algumas dessas vias. Acreditamos firmemente que, entre todas essas fontes de energia, devem seguir-se quatro caminhos, a saber: (i) conversão de fótons para elétrons que utilizando dispositivos fotovoltaicos, como a energia fotovoltaica deve contribuir com cerca de 30 por cento (relatório Shell) para a nossa matriz de energia no futuro, (ii) armazenamento de energia com baterias e supercapacitores para suportar o crescimento da energia eólica, (iii) captura de CO2 e conversão para produtos de valor agregado - metanol, gasolina -range hidrocarbonetos, que podem fornecer um papel crucial para o nosso futuro como um problema ambiental pode ser parte da solução, (iv) conversão de metano em novos combustíveis de alta densidade - metanol, etc., que deverá desempenhar um papel importante devido à grande oferta de gás natural no mundo todo. Para abordar esses problemas, propomos empregar o estado da arte nas ferramentas de Ciência Computacional de Materiais para oferecer soluções de ponta. Para a organização prática, propomos nove projetos, que incluem dois projetos de conversão de fótons para elétrons à utilizando fotovoltaica (em particular perovskites) e fotoquímica, dois projetos para estudar a conversão de metano e CO2 capturados de ar para produtos de alto valor, como altos portadores de energia de densidade (metanol) empregando materiais porosos combinados com partículas de tamanho finito de metal de transição. Para o armazenamento de energia, exploramos baterias e supercapacitores, em particular, estamos interessados em tecnologias além de Li e empregamos condutores iônicos baratos. Além dos seis projetos, propusemos três projetos transversais com o potencial de contribuir para os seis projetos anteriores, bem como para oferecer sua contribuição individual, que inclui: engenharia de nanocatalisadores, dinâmica de fluidos para abordar O fluxo de líquidos iônicos e as técnicas de aprendizado da máquina, que serão aplicadas para explorar dados teóricos e experimentais das três divisões restantes. Portanto, nossa Divisão combinada com as três Divisões Centrais adicionais têm um grande potencial para produzir importantes contribuições para a geração de Novas Energias.

As reações de acoplamento cruzado mediadas pelo paládio constituem hoje em dia uma classe de reações extremamente úteis em síntese orgânica. Apenas para citar alguns exemplos, destacamos os acoplamentos envolvendo os haletos/tosilatos/mesilatos de arila: (i) a reação de Heck-Mizoroki, com olefinas; (ii) o acoplamento de Negishi, utilizando compostos organozinco/organoalumínio; (iii) Corriu Kumada Murahashi, com os reagentes de Grignard; (iv) o acoplamento de Stille, empregando compostos organoestanho; (v) o acoplamento de Suzuki Miyaura, com compostos organoboro; (vi) o acoplamento de Hiyama, com compostos organosilício; e (vii) o acoplamento de Sonogashira, envolvendo alcinos terminais. Embora haja um grande número dessas reações disponíveis ao químico orgânico sintético, ainda existe espaço químico bastante considerável para o desenvolvimento e uso de outras variações desses processos sintéticos em vista do amplo escopo dos mesmos. Vários aspectos importantes desses acoplamentos ainda não são bem compreendidos e muitas dessas metodologias ainda precisam ser aprimoradas visando alcançar um alto nível de aplicabilidade. Com a intenção de buscar a fronteira do conhecimento nestas ferramentas que nos são tão úteis e versáteis, propomos estabelecer novos alvos de estudo, a saber: (i) uma compreensão mais profunda de seus aspectos mecanísticos e emprego da indução assimétrica no acoplamento cruzado mediado pelo paládio, em particular a reação de Heck empregando sais (tetrafluoroboratos) de arenodiazônio (reação de Heck-Matsuda), (ii) migração das reações de acoplamento cruzado mediado pelo paládio em fase homogênea para condições de síntese em fluxo contínuo em fase heterogênea; e (iii) desenvolvimento e aplicação de reações de acoplamento cruzado mediadas por paládio menos difundidas, com ênfase na ativação C-H oxidativa, a reação de Fujiwara-Moritani; e na reação de Tsutsui-Narasaka para a preparação de compostos heterocíclicos. A presente proposta engloba as três vertentes descritas acima, tendo como objetivos gerais: 1) expandir o uso da metodologia de acoplamento cruzado mediada por paládio, investigando novas fronteiras do conhecimento, como a investigação da transferência de quiralidade em reações de Heck-Matsuda (empregando sais de arenodiazônio), tanto em batelada quanto em fluxo contínuo, 2) novas aplicações para o acoplamento cruzado oxidativo entre sistemas aromáticos, 3) o uso do paládio para a construção de novos materiais orgânicos funcionais, 4) a aplicação de métodos computacionais modernos no estudo dessas reações catalisada por paládio, 5) a avaliação da inibição de processos enzimáticos e atividade biológica in vitro, com destaque para a inibição do proteassomo e alvos enzimáticos para doenças negligenciadas e, 6) desenvolvimento e emprego de novos corantes para células solares sensibilizadas.

O estudo aprofundado de reações catalíticas que ocorrem em meio homogêneo e/ou heterogêneo ainda representa um desafio para a química computacional, principalmente quando se busca modelos cada vez mais próximos dos sistemas reais. Projetar e repensar novos catalisadores, com o objetivo de formar ligações C-C e C-N de maneira seletiva, atrai considerável interesse da comunidade científica nos dias de hoje. Os catalisadores baseados no paládio ocupam posições de destaque na promoção de reações que sejam capazes de promover processos bastante eficazes e altamente seletivos na formação de ligações C-C e C-N em meios tanto homogêneo, como heterogêneo. Através de cálculos baseados na teoria do funcional de densidade, estudaremos neste projeto principalmente dois exemplos, bastante relevantes, de reações de acoplamento cruzado que envolvem catalisadores baseados no paládio: i) Reações de Heck-Matsuda, e ii) reações de Buchwald-Hartwig em presença de P,N-ligantes ("Dalphos"). Ambas reações são exemplos de processos que ocorrem em meio homogêneo. Abordaremos, após o estudo detalhado da ação destes ligantes na catálise homogênea, determinar se existe a possibilidade de que tais ligantes possam também desempenhar papel semelhante , como grupos auxiliares, na superfície de um catalisador heterogêneo.