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Compreender as interações entre materiais e espécies químicas é fundamental para os engenheiros, pois os ajuda a determinar seus melhores usos tanto para a vida cotidiana quanto para aplicações em nível global.
Os óxidos metálicos, um material binário de metal e oxigênio, interessam muito aos pesquisadores devido à sua importância na transformação do armazenamento, produção e conversão de energia. Para promover essas possibilidades, uma equipe da Escola de Engenharia Swanson da Universidade de Pittsburgh determinou uma nova maneira de ver como o hidrogênio e os óxidos metálicos interagem.
“Numerosas técnicas experimentais foram usadas para compreender este fenômeno – da espectroscopia à catálise”, explicou Giannis Mpourmpakis, professor associado e bolsista do corpo docente do Bicentennial Alumni da Swanson School. “Esses métodos fornecem uma visão multifacetada de como os materiais interagem com as espécies químicas, mas podem ser caros e demorados.”
Mpourmpakis e sua equipe confiam em seu método de modelagem computacional e aprendizado de máquina para substituir efetivamente o método tradicional de tentativa e erro de pesquisa científica. Seu modelo de reatividade virtual prevê com precisão quais condições eletroquímicas resultam quando o hidrogênio é inserido em diferentes óxidos metálicos.
“As maiores implicações são que modelos como o desenvolvido neste trabalho – que leva em consideração a geometria local e global de um material – podem encontrar diversas aplicações, desde armazenamento de energia até catálise e produção de produtos químicos”, disse Mpourmpakis. “Qualquer aplicação que seja sensível à estrutura de um material pode usar este modelo para desenvolver relações estrutura-propriedade e identificar materiais com desempenho desejado.
“Além do mais, a modelagem computacional nos permite testar e validar um grande número de materiais de forma segura e eficaz a um custo muito menor, com grande sucesso que outros pesquisadores podem então buscar.”
A Swanson School de Pitt publicou pesquisas inovadoras sobre como os materiais interagem com seu ambiente químico no passado. Em maio de 2022, pesquisas lideradas pela mesma equipe iniciaram a criação de novos catalisadores sustentáveis à base de óxido de tungstênio e compostos semelhantes. O projeto utilizou simulações computacionais para entender como o óxido de tungstênio interage com o hidrogênio em nível molecular e as descobertas foram verificadas por meio de experimentação em laboratório.
O artigo, “Conectividades globais e locais descrevem hidrogênio e intercalação em óxidos metálicos”, foi publicado recentemente em Cartas de revisão física e foi uma colaboração entre Mpourmpakis, Professor Associado de Engenharia Química e Química de Pitt, James R. McKone, e Evan V. Miu, um recente estudante de doutorado e bolsista NSF do Programa de Engenharia Química de Pitt.
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