Estudo teórico da redução fotocatalítica do gás carbônico a metanol utilizando dióxido de titânio
Ano de defesa: | 2011 |
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Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
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Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Química
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Departamento: |
Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
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País: |
BR
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Palavras-chave em Português: | |
Palavras-chave em Inglês: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15725 |
Resumo: | The concentration increase of greenhouse gases (GHG) emissions from anthropogenic sources, has been one of the main contributions of global warming, threatening the planet life. The carbon dioxide (CO2) is one of the main greenhouse gases and its sources are related to processes that are essential to society, such energy production, transport and many others products. The CO2 conversion to methanol, seems a promising alternative to reduce the emission of this gas in the atmosphere. Of particular interest to this study, the Photoreduction of CO2 to methanol can help to mitigate the problem of greenhouse gases, generating an important feedstock in the chemical industry. Thus, this study aims to use quantum-mechanical calculations, such the Density Functional Theory, in order to investigate the reduction reaction's path of the CO2. The reduction reaction of CO2 to formic acid, formaldehyde and methanol was studied without interaction with the catalyst and under presence of titanium dioxide as a catalyst. Was performed a comparison of theoretical calculations at different levels and different bases, with the experimental data. For calculations involving the TiO2 was used at the B3LYP/6-31G (d,p) level. Vibrational frequencies were also calculated for each step, allowing the identification of possible transition states and estimation of reaction barriers (potential energy). Calculations of intrinsic reaction coordinate (IRC) were used to confirm that the transition states found are related to each studied stage. The comparison of the reduction of carbon dioxide to formic acid, with and without catalyst, showed that the presence of the titanium dioxide decreased more than 25.0% the barrier of this reaction step |
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The carbon dioxide (CO2) is one of the main greenhouse gases and its sources are related to processes that are essential to society, such energy production, transport and many others products. The CO2 conversion to methanol, seems a promising alternative to reduce the emission of this gas in the atmosphere. Of particular interest to this study, the Photoreduction of CO2 to methanol can help to mitigate the problem of greenhouse gases, generating an important feedstock in the chemical industry. Thus, this study aims to use quantum-mechanical calculations, such the Density Functional Theory, in order to investigate the reduction reaction's path of the CO2. The reduction reaction of CO2 to formic acid, formaldehyde and methanol was studied without interaction with the catalyst and under presence of titanium dioxide as a catalyst. Was performed a comparison of theoretical calculations at different levels and different bases, with the experimental data. For calculations involving the TiO2 was used at the B3LYP/6-31G (d,p) level. Vibrational frequencies were also calculated for each step, allowing the identification of possible transition states and estimation of reaction barriers (potential energy). Calculations of intrinsic reaction coordinate (IRC) were used to confirm that the transition states found are related to each studied stage. The comparison of the reduction of carbon dioxide to formic acid, with and without catalyst, showed that the presence of the titanium dioxide decreased more than 25.0% the barrier of this reaction stepO aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) de fontes antropogênicas tem sido visto como uma das principais contribuições para o aquecimento global, ameaçando a vida no planeta. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais GEE e suas fontes geradoras estão relacionadas a processos essenciais à sociedade, como a produção de energia, produtos diversos e transporte. A conversão do CO2 parece ser uma alternativa promissora para reduzir a emissão deste gás na atmosfera. De particular interesse para este estudo, a fotorredução do CO2 a metanol pode contribuir para mitigar o problema dos GEE, gerando um importante insumo da indústria química. Assim, este estudo tem por objetivo utilizar cálculos quanto-mecânicos, como a Teoria do Funcional Densidade, para investigar um caminho para a reação de redução do CO2. A reação de redução do CO2 à ácido fórmico, formaldeído e metanol foi estudada sem a interação com o catalisador e na presença de dióxido de titânio como catalisador. Foi realizada uma comparação de cálculos em diferentes níveis teóricos e diferentes bases, com dados experimentais. Para os cálculos envolvendo o TiO2, foi utilizado o nível B3LYP/6-31G(d,p). Frequências vibracionais também foram calculadas para cada etapa, permitindo a identificação de possíveis estados de transição e estimativa de barreiras de reação (energia potencial). Cálculos de coordenada intrínseca de reação (IRC) foram empregados para confirmar que os estados de transição encontrados, estão relacionados a cada etapa estudada. A comparação da redução do dióxido de carbono a ácido fórmico, com e sem catalisador, mostrou que a presença do dióxido de titânio reduziu em mais de 25,0% a barreira reacional desta etapaSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T19:01:50Z No. of bitstreams: 1 dissertacao juarez abdalla.pdf: 1422186 bytes, checksum: 4a157335ba95b41a5c50d53a3adfa816 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T19:01:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao juarez abdalla.pdf: 1422186 bytes, checksum: 4a157335ba95b41a5c50d53a3adfa816 (MD5) Previous issue date: 2011-03-29application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de QuímicaTitanium dioxidephotocatalysiscarbon monoxidereaction mechanism(Chemistry)theoretical ChemistryDióxido de titâniofotocatálisedióxido de carbonomecanismos de reação (Química)química teóricaCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICAEstudo teórico da redução fotocatalítica do gás carbônico a metanol utilizando dióxido de titânioTheoretical study of photocatalic reduction of carbon dioxide to methanol by titan dioxideinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALdissertacao juarez abdalla.pdfapplication/pdf1422186http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/15725/1/dissertacao+juarez+abdalla.pdf4a157335ba95b41a5c50d53a3adfa816MD511/157252024-02-27 14:47:41.528oai:www.bdtd.uerj.br:1/15725Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:47:41Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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