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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44104
Tipo: Dissertação
Título: Estudo teórico-computacional dos mecanismos eletrocatalíticos da oxidação da água por complexos de cobre(II) com ligantes macrocíclicos.
Título(s) alternativo(s): Theoretical and computational study of electrocatalytic water oxidation mechanisms with copper(II) complexes bearing macrocyclic ligands.
Autor(es): Neves, João Pedro Costa Sarno
Primeiro Orientador: Alves, Tiago Vinícius
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Silva, Vitor Hugo Menezes da
metadata.dc.contributor.referee1: Alves, Tiago Vinícius
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Vitor Hugo Menezes da
metadata.dc.contributor.referee3: Oliveira Filho, Antônio Gustavo Sampaio de
metadata.dc.contributor.referee4: Carneiro, José Walkimar de Mesquita
Resumo: Em um mundo contemporâneo marcado pelo desequilíbrio ambiental, a Transição Energética emerge como uma solução para mitigar a emissão de poluentes gerados pela queima de combustíveis fósseis. Nessa esteira, uma potencial alternativa é, por exemplo, o H2, cuja produção via eletrólise da água enfrenta desafios relacionados à sua semirreação anódica, suscitando o uso de catalisadores -- tais quais complexos de cobre(II) com ligantes macrocíclicos -- que seguem em amplo processo de aprimoramento. Para isso, faz-se necessário elucidar este mecanismo, isto é, identificar os intermediários e etapas chave da cinética reacional. Portanto, através do emprego de ferramentas computacionais, o presente trabalho centrou-se no estudo teórico da eletrocatálise da oxidação da água pelo complexo de coordenação [Cu(14-TMC)]2+, baseado em resultados experimentais com os quais houve boa correspondência. Neste caso, a formação da ligação O-O se dá via ataque nucleofílico da água acoplado a uma transferência de elétron para o centro metálico ou, alternativamente, mediante um cruzamento entre as superfícies de energia potencial quarteto e dubleto. Indo além, também foram investigados os efeitos resultantes do encolhimento deste ligante macrocíclico a partir da catálise pelo complexo [Cu(12-TMC)]2+. Apesar de valores similares em termos de barreira energética, este ligante possibilita a coordenação de duas moléculas de água, impactando o curso da reação. Os resultados, baseados em fundamentos eletrônicos e estruturais, orientam o design racional de ligantes visando uma melhor performance catalítica para produção de H2.
Abstract: In a contemporary world marked by environmental imbalance, the Energy Transition arises as a solution to mitigate the emission of pollutants from fossil fuels burning. Following this scenario, a promising alternative is, for example, the H2, whose production via water electrolysis faces challenges related to its anodic half reaction, thus evoking the use of catalysts -- e.g. copper(II) complexes bearing macrocyclic ligands -- that remain in constant improvement. For this, it's necessary to elucidate this mechanism, which means to identify the key intermediates and steps for reaction kinetics. Therefore, by means of computational tools, the present work focused on the theoretical study of the water oxidation's electrocatalysis by the coordination complex [Cu(14-TMC)]+2, based on experimental evidence to which the results yielded good correspondence. In this case, the O-O bond formation proceeds through a water nucleophilic attack coupled with a single electron transfer to the metal center or, alternatively, through a crossing point between quartet and doublet potential energy surfaces. Going further, the results of macrocyclic shrinkage were also investigated through [Cu(12-TMC)]2+'s catalysis. Despite of the similar values in terms of energy barrier, this ligand enables the coordination of two water molecules, which impacts the course of reaction. The results, based on electronic and structural fundaments, shed a light on the rational design of ligands aiming better catalytic performance for H2 production.
Palavras-chave: Eletrocatálise
Oxidação da água
Catálise homogênea
Design de ligantes
DFT
Química
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química 
Citação: NEVES, João Pedro Costa Sarno. Estudo teórico-computacional dos mecanismos eletrocatalíticos da oxidação da água por complexos de cobre(II) com ligantes macrocíclicos. 2026. 93 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia, Salvador (Bahia), 2026.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44104
Data do documento: 11-Fev-2026
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