Problemática a ser resolvida: o planeta terra ...problemática a ser resolvida: o planeta terra tem sofrido com a exploração de seus recursos naturais, com a poluição da atmosfera e com a degradação do solo. o sucesso do modelo econômico de nossa sociedade altamente tecnológica é devido à presença de combustíveis fósseis de baixo custo e facilmente acessíveis em grandes quantidades. entretanto, as mudanças climáticas oriundas da geração antropogênica de co2 oriundas do petróleo, gás natural e carvão mostram que chegou a hora de mudarmos a base de nossa economia. é altamente recomendável, portanto, a implementação de tecnologias que promovam o desenvolvimento sustentável e que atenuem os efeitos das mudanças climáticas oriundas do aumento da concentração de gases geradores de efeito estufa na atmosfera. nesse sentido, a acumulação de gases geradores de efeito estufa na deverá ser prevenida através da geração de energia renovável e pela captura e conversão de co2 para a produção de compostos químicos úteis. apesar do dióxido de carbono reagir rapidamente com nucleófilos como água, aminas e carbânions, ele é considerado geralmente como uma molécula “inerte”. a baixa reatividade é devida à alta barreira cinética para reações úteis do ponto de vista sintético como a formação de ligações c-h e c-c, assim como à limitações termodinâmicas associadas ao baixo nível energético da molécula de co2. o desafio de utilizar o co2 em reações químicas normalmente envolve a utilização de reagentes altamente energéticos para tornar a reação termodinamicamente favorável ou a ativar co-reagentes em centros catalíticos que são capturados pelo co2 no ciclo catalítico. a fotossíntese é o processo que a natureza utiliza para capturar o co2 da atmosfera para transformá-lo em carboidratos, armazenando concomitantemente energia da radiação solar absorvida pela clorofila presente nas folhas das plantas. o ciclo fotossintético é extremamente otimizado, sendo capaz de capturar de forma eficiente o co2 presente na atmosfera na concentração em torno de 400 ppm. após a captura, a energia armazenada na forma de glicose é liberada no processo de respiração dos seres vivos e o carbono proveniente do co2 é transformado pelo metabolismo em diferentes tipos de biomoléculas essenciais para manter os seres vivos. a matéria orgânica oriunda de plantas e animais é utilizada primariamente na alimentação de humanos e animais, mas também é usada como matéria prima diversos processos industriais além. os triglicerídeos são utilizados na produção de tintas, surfactantes e biodiesel; os óleos essenciais na produção de cosméticos e perfumes; os açúcares na produção de etanol e bebidas alcoólicas; e a celulose para a produção de papel. apesar da biomassa ser abundante no planeta terra, a indústria química utiliza majoritariamente compostos de origem fóssil como matéria prima. boa parte se deve ao baixo custo das comódites químicas fósseis. entretanto, discussões sobre a utilização de água potável e solo fértil que podem produzir alimentos para a produção de biocombustíveis põe em questão a utilização de biomassa pela indústria química em grande escala, principalmente para a produção de combustíveis. portanto, é necessário desenvolver tecnologias que permitam a produção de compostos químicos de forma sustentável e que afetem minimamente o meio ambiente. alternativas são a utilização de resíduos da agroindústria não comestíveis, como a lignocelulose. objetivo do projeto: o presente projeto tem como objetivo utilizar direta ou indiretamente a radiação solar para a captura e conversão de co2 visando a produção de compostos químicos de interesse industrial. mais precisamente, o projeto será dividido em duas frentes: i) fotossíntese artificial: redução fotoeletroquímica de co2 e ii) desenvolvimento de nanocatalisadores heterogêneos para a produção de substâncias químicas plataforma a partir de compostos derivados da lignocelulose. i) fotossíntese artificial: redução fotoeletroquímica de co2 a primeira parte do projeto tem como objetivo específico a o desenvolvimento de células fotoeletroquímicas para a produção de combustíveis solares, utilizando líquidos iônicos como eletrólito. mais especificamente, objetiva-se desenvolver sistemas fotoeletroquímicos para a fotorredução de co2. até o momento, somente um artigo foi encontrado na literatura tratando da utilização desta família de eletrólitos, justificando o caráter inovador da pesquisa. o desenvolvimento do projeto da redução foteletroquímica de co2 tem como objetivo estudar a influência dos mais diversos parâmetros destes sistemas fotoeletroquímicos na seletividade dos produtos de redução do co2. objetiva-se a produção dos combustíveis solares metano e/ou metanol. o projeto envolverá os seguintes objetivos específicos: 1. o estudo da fotorredução de co2 em líquidos iônicos será realizado por eletrodos semicondutores do tipo p iluminados e imersos nos lis. utilizarei semicondutores monocristalinos comprados de fornecedores, dentre eles p-si, p-gap, p-gaas e p-inp. também irei preparar eletrodos de semicondutores do tipo p como cufeo2 e cu2o utilizando as mesmas técnicas aplicadas no projeto de fotoeletrólise da água. será realizado um estudo detalhado também do efeito da adição de co-catalisadores para as reações, incluindo nanopartículas ou filmes finos de au, ag, cu, pt, pd. 2. irei preparar líquidos iônicos com alta capacidade de dissolver co2 e com alta pureza. os lis serão derivados do cátion imidazolio, piridínio, pirrolidinio, amônio ou fosfônio associados com diversos tipos de ânions, sem o limite de usar ânions tipicamente hidrofílicos. 3. testar as propriedades fotoeletroquímicas dos eletrodos imersos em lis contendo co2. nos experimentos de redução do co2 será necessário saturar os lis com este gás e controlar as quantidades de água dissolvidas no líquido. para as medidas fotoeletroquímicas serão utilizadas células eletroquímicas com configuração de 3 eletrodos, tanto no escuro quanto com iluminação. a composição dos produtos deverá ser analisada por uma combinação de diversas técnicas. a composição da fase gasosa será quantificada por cromatografia gasosa utilizando um detector de condutividade térmica (tcd) e os produtos dissolvidos na fase líquida devem ser quantificados por espectroscopia no infravermelho e também por ressonância magnética nuclear. ii) desenvolvimento de nanocatalisadores heterogêneos para a produção de substâncias químicas plataforma a partir de compostos derivados da lignocelulose. a segunda parte do projeto tem como objetivo específico estudar catalisadores heterogêneos bifuncionais na hidrogenólise de lignina. a lignina é uma matéria prima sustentável, pois é produzida a partir da fotossíntese e, portanto, tem origem da captura e transformação do co2 atmosférico. serão desenvolvidos nanocatalisadores metálicos de ni ou ru estabilizadas com polímeros contendo grupamentos funcionais ácido e também nanohidrotalcitas (hidrotalcita de mg e al e hidrotalcita de mg e al dopada com cu esfoliadas e dispersas em meio aquoso). a bifuncionalidade dos nanocatalisadores metálicos terá origem nos sítios catalíticos das superfícies das nanopartículas aliada à catálise ácida das funcionalizações do polímero estabilizantes das nanopartículas. por sua vez, as hidrotalcitas já possuem um comportamento bifuncional pela natureza de sua constituição [compostas por lamelas contendo os cátions metálicos (sítios ácidos) intercaladas com ânions (sítios básicos). os catalisadores serão testados na reação de hidrogenólise de compostos modelo de lignina, cada um deles contendo um dos grupamentos mais comuns a serem quebrados na lignina (?-o-4, ?-5 e a ?-?). resultados esperados a partir do desenvolvimento deste projeto de pesquisa, vislumbro a produção de compostos químicos de interesse industrial de forma sustentável e que colaborem com a diminuição da emissão de gases geradores do efeito estufa. mais especificamente, espero os seguintes resultados para o projeto: - produção de sistemas fotoeletroquímicos de alta eficiência e alta estabilidade na reação de redução fotoeletroquímica de co2 à metano e metanol utilizando líquidos iônicos como eletrólito - desenvolver sistemas de produção de combustíveis solares de alta eficiência. - desenvolver novos catalisadores bifuncionais para a decomposição da lignina e a produção de compostos químicos plataforma a partir de biomassa não comestível. - formar alunos de pós-graduação e graduação familiarizados com os preceitos do desenvolvimento sustentável - publicar os resultados em periódicos de circulação internacional de alto impacto. - apresentar os resultados em conferências, congressos e seminários - patentear os resultados da pesquisa