Antonio Gustavo Sampaio de Oliveira Filho.

Avanços recentes na manipulação de átomos, moléculas e íons, como o resfriamento e aprisionamento a laser, permitiram o desenvolvimento de técnicas espectroscópicas com diversas aplicações, incluindo o teste de leis físicas fundamentais.Desta forma, há um interesse crescente na busca de sistemas diatômicos com propriedades que permitam medição precisa de interações que violam a simetria carga-paridade,do momento de dipolo elétrico do elétron e da variação temporal de constantes fundamentais.Nesse contexto, o uso da química computacional, em especial métodos altamente correlacionados,é extremamente útil por permitir a previsão de propriedades atômicas e moleculares com precisão.O objetivo deste projeto é a determinação de propriedades espectroscópicas de íons moleculares com potencial para utilização em experimentos que determinarão a variação da razão entre as massas do próton e do elétron, m_p/m_e, por meio do uso, desenvolvimento e aprimoramento de ferramentas computacionais.

A emissão de dióxido de carbono (CO2) por atividades antropogênicas se tornou um problema mundial com forte ligação ao aquecimento global. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) prevê que, até o ano 2100, a temperatura média global poderá subir até 1,9C. O desenvolvimento contínuo de novas tecnologias de captura, armazenamento e utilização de CO2 (CO2 capture, storage and utilization - CCSU) são soluções atrativas para mitigar as emissões de CO2 e, ao mesmo tempo, reduzir nossa dependência em químicos derivados de petróleo. Nesse contexto, o presente projeto empregará diferentes técnicas da química computacional para desenvolver e aprimorar materiais e processos de reciclagem e conversão de CO2.

A proposta apresentada será desenvolvida no Laboratório Computacional de Espectroscopia e Cinética no Departamento de Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo. O laboratório é coordenado pelo Prof. Dr. Antonio Gustavo Sampaio de Oliveira Filho e conta com a contribuição de alunos e alunas de graduação, pós-graduação e pós-doutorado para executar pesquisas nas áreas de espectroscopia e cinética.
Uma das linhas de pesquisa em andamento envolve o estudo de reações de ativação e conversão catalítica de CO2. O laboratório e essa linha de pesquisa tiveram financiamento regular concedido pela FAPESP.
Um dos principais fatores do aquecimento global é o aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera. Este, se deve principalmente às atividades antropogênicas.
Processos de ativação catalítica do CO2 que resultam em espécies químicas mais reativas e de maior valor agregado tornam-se, portanto, uma maneira crucial de diminuirmos nossa dependência nas reservas de petróleo, reduzindo o impacto ambiental. Catalisadores baseados em metais são importantes sistemas utilizados nessas conversões, mas precisam de várias modificações adicionais para promoverem rotas reativas mais sustentáveis.
Neste contexto, a química computacional se torna uma poderosa ferramenta capaz de contribuir para o projeto racional de novos catalisadores, o que pode levar a processos industriais inéditos. O presente projeto tem como principal objetivo investigar os mecanismos reacionais de ativação e conversão de CO2 por catalisadores moleculares de metais de transição diversos. Tal estudo visa analisar a reatividade intrínseca dos mesmos, o que permitirá propor novos potenciais catalisadores.

A espectroscopia molecular é capaz obter precisão superior a dos melhores relógios atômicos. Essa conclusão abre possibilidades práticas para a busca de variação espacial e temporal da razão entre a massa do próton e do elétron. Alguns íons moleculares são capazes de permitir medições precisas, superando as dificuldades associadas à preparação de moléculas num determinado estado quântico, em comparação a sistemas atômicos. O conhecimento sobre a estrutura deste tipo de molécula é reduzido na literatura, de modo que a identificação de potenciais moléculas candidatas é essencial para o avanço das medidas da variação da razão entre a massa do próton e do elétron. Este projeto se propõe a identificar e a caracterizar os níveis energéticos e as propriedades de íons moleculares particularmente adequados para a realização de experimentos que permitirão medidas da variação da razão entre a massa do próton e do elétron.

O acúmulo de gases do efeito estufa na atmosfera é uma das maiores ameaças ambientais de nossos tempos. A busca de soluções para este problema implica em desafios significativos para a extração, armazenagem e transformação do CO2. A conversão do CO2, que é termodinamicamente estável e bastante inerte, em substâncias orgânicas úteis e combustíveis, requer sua ativação catalítica. A transferência de energia para a molécula de CO2 e a sua fixação em complexos metálicos são etapas chave do processo catalítico. Neste contexto, o estudo da interação de centros metálicos, seus cátions e ânions, com o CO2, serve como modelo para promover o entendimento de seu mecanismo intrínseco. Este projeto pretende investigar estes sistemas, aplicando abordagens que são o estado-da-arte em química computacional. Em termos de cálculos de estrutura eletrônica será empregada uma abordagem sistemática, baseada em funções de onda multiconfiguracionais, que permite que diversas propriedades moleculares sejam obtidas com elevada precisão, sendo de especial interesse, parâmetros estruturais, termoquímicos, cinéticos e espectroscópicos. Complementando os estudos de estrutura na investigação da reatividade e da dinâmica química serão aplicados métodos quânticos, métodos de trajetórias quaseclássicas e a teoria do estado de transição semiclássica. Em outra frente, pretendemos estender a aplicabilidade destas ferramentas de alta precisão a sistemas contendo dezenas de átomos através da parametrização de funções de potencial adequadas e sua utilização em problemas químicos desafiadores como, por exemplo, a elucidação de mecanismos de reações organocatalíticas.