Projetos em andamento

Auxílio à pesquisa (vigentes)

Projeto Regular da FAPESP: “Caracterização Estrutural e Eletrônica de Moléculas Biogênicas Emitidas pela Flora Amazônica”. Agência financiadora: FAPESP. Coordenador: Kaline Coutinho (Proc. FAPESP: 2021/09016-3). Vigência: 10/2021 a 09/2023.

Resumo do projeto
Este projeto visa estudar partículas de aerossóis compostas por moléculas biogênicas emitidas pela flora amazônica através de metodologia moderna e robusta para identificar as principais interações de moléculas biogênicas na presença de poluentes em gotas de nuvens. Assim, pretende-se esclarecer várias questões em aberto, sobre os efeitos dos poluentes nas propriedades das gotas, como, por exemplo, as formas de agregação das moléculas biogênicas, os efeitos dos poluentes e das moléculas de água, bem como o papel na absorção e espalhamento de radiação solar por essas partículas na atmosfera. A combinação de técnicas experimentais, como espectrométricas (RMN, CG-EM, IR e UV-Vis), fluorescência, calorimetria diferencial de varredura (DSC), espalhamento de luz dinâmico (DLS) e ressonância paramagnética eletrônica (RPE), e teóricas com cálculos quânticos e simulações atomísticas clássicas e ab initio, viabiliza a exploração mais detalhada de propriedades estruturais e eletrônicas dos aglomerados moleculares formados pelas moléculas biogênicas, poluentes e água. As moléculas biogênicas inicialmente estudadas pertencerão à classe dos terpenoides ou isoprenos e alcaloides, e os poluentes serão dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O). As moléculas biogênicas já foram isoladas em laboratórios de pesquisa de grupos colaboradores da região amazônica: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará (UNINESSPA) e UFMA. 

 

Projeto para colaboração internacional Brasil/Suécia CAPES/STINT: “Functioning mechanisms of nanosystems for artificial photosynthesis”. Agência financiadora: CAPES. Coordenador: Kaline Coutinho (Proc. CAPES: 88881.465526/2019-01). Vigência: 04/2020 a 12/2022.

Resumo do projeto
Uma solução sustentável promissora para a coleta e utilização de energia solar é a produção de combustíveis solares por meio da fotossíntese artificial. Uma rota seguida pela comunidade científica para atingir esse objetivo combina as propriedades físico-químicas de espécies moleculares e nanomateriais em uma abordagem supramolecular para projetar novos nanomateriais e nanosistemas híbridos baseados em metais de transição e complexos de macrociclo aromático, como polipiridilos de rutênio, porfirinas metaladas e ftalocianinas. Eles exibem propriedades eletrônicas e fotoeletrocatalíticas interessantes que podem ser associadas sinergicamente com nanopartículas de semicondutores de óxidos de metal de transição, como dióxido de titânio, óxido de ferro e óxido de zinco, a fim de gerar novos nanomateriais e nanosistemas híbridos fotossintéticos. No entanto, apesar da aparente simplicidade de tal abordagem, encontrar combinações adequadas com altos rendimentos quânticos de separação de carga fotoinduzida efetivamente acoplados a catalisadores redox multi-elétrons é um desafio bastante complexo. Muitos trabalhos foram publicados descrevendo avanços no campo, mas sistemas robustos e competitivos ainda não foram realizados. Acreditamos que o principal problema a ser superado é a falta de conhecimento mais aprofundado sobre a estrutura e os mecanismos de funcionamento dos nanossistemas fotossintéticos na escala atômica/molecular, principalmente na interface. Junções e interfaces estão no centro de materiais moleculares e híbridos funcionais, mas também podem representar barreiras prejudiciais aos processos de transferência de carga e energia e à atividade catalítica que pode ser completamente inibida por ligação e nanoestruturação inadequadas. Assim, a preparação de modelos moleculares e híbridos adequados, combinados com técnicas de ponta de alto desempenho para elucidar as microestruturas, é de extrema relevância. Duas dessas técnicas são PES, bem como espectroscopia RIXS em combinação com linhas de luz de radiação síncrotron (SR) de última geração, como aquelas já ou em breve disponíveis nas duas primeiras instalações SR suecas de quarta geração MAX IV e as instalações brasileiras SÍRIUS. Essas fontes síncrotron ultrabrilhantes abrem novos caminhos para o desenvolvimento de técnicas in-operando em condições mais realistas, como interfaces aquosas, enquanto permitem a sondagem direta da estrutura eletrônica de elementos específicos nos sistemas de interesse. PES e RIXS podem potencialmente permitir a investigação de dinâmica eletrônica, a distinção de conformadores e caracterização de espécies de vida curta, mas muito desenvolvimento crítico deve ser feito ainda. Além disso, a interpretação dos resultados experimentais exige simulações sofisticadas de dinâmica molecular, de preferência em uma abordagem integrada, onde os teóricos estão trabalhando em estreita colaboração com os experimentalistas.

Projeto de Pesquisa no Programa Centros de Pesquisa em Engenharia: “Ciência Computacional de Materiais” – Agências financiadoras: FAPESP/SHELL. Coordenador: Juarez Lopes Ferreira da Silva, Vice-coordenadora/PI: Kaline Coutinho (Proc. FAPESP: 17/11631-2).  Vigência: 08/2018 a 07/2023. 
 
Resumo do projeto
Grande parte da energia consumida no mundo vem da queima de combustíveis fósseis à base de petróleo (óleo diesel, gasolina, querosene para aviação e gás liquefeito). Além dos combustíveis utilizados em nossa sociedade moderna, o petróleo também é matéria-prima de uma extensa cadeia de produtos, por exemplo, parafina, produtos de asfalto, nafta petroquímica, solventes, plásticos, etc. Apesar da grande importância dos combustíveis fósseis, existem vários motivos para a pesquisa de fontes de energia alternativas e renováveis, que inclui problemas ambientais e o fato de que o petróleo vai se esgotar no futuro. Por conseguinte, existe um grande interesse no uso de recursos de energia renovável, como a energia hidrelétrica, a biomassa, o mar, o vento interior, a energia fotovoltaica, o hidrogênio, bem como o desenvolvimento de novos veículos de energia a partir da conversão de metano e/ou do CO2 capturado de ar combinado com H2 da água. Devido à grande demanda, acreditamos que essas tecnologias serão combinadas no futuro para produzir um planeta sustentável. A Divisão de Computação de Ciência e Química de Materiais (CMSC) se concentrará apenas em algumas dessas vias. Acreditamos firmemente que, entre todas essas fontes de energia, devem seguir-se quatro caminhos, a saber: (i) conversão de fótons para elétrons que utilizando dispositivos fotovoltaicos, como a energia fotovoltaica deve contribuir com cerca de 30 por cento (relatório Shell) para a nossa matriz de energia no futuro, (ii) armazenamento de energia com baterias e supercapacitores para suportar o crescimento da energia eólica, (iii) captura de CO2 e conversão para produtos de valor agregado - metanol, gasolina -range hidrocarbonetos, que podem fornecer um papel crucial para o nosso futuro como um problema ambiental pode ser parte da solução, (iv) conversão de metano em novos combustíveis de alta densidade - metanol, etc., que deverá desempenhar um papel importante devido à grande oferta de gás natural no mundo todo. Para abordar esses problemas, propomos empregar o estado da arte nas ferramentas de Ciência Computacional de Materiais para oferecer soluções de ponta. Para a organização prática, propomos nove projetos, que incluem dois projetos de conversão de fótons para elétrons à utilizando fotovoltaica (em particular perovskites) e fotoquímica, dois projetos para estudar a conversão de metano e CO2 capturados de ar para produtos de alto valor, como altos portadores de energia de densidade (metanol) empregando materiais porosos combinados com partículas de tamanho finito de metal de transição. Para o armazenamento de energia, exploramos baterias e supercapacitores, em particular, estamos interessados em tecnologias além de Li e empregamos condutores iônicos baratos. Além dos seis projetos, propusemos três projetos transversais com o potencial de contribuir para os seis projetos anteriores, bem como para oferecer sua contribuição individual, que inclui: engenharia de nanocatalisadores, dinâmica de fluidos para abordar o fluxo de líquidos iônicos e as técnicas de aprendizado da máquina, que serão aplicadas para explorar dados teóricos e experimentais das três divisões restantes. Portanto, nossa Divisão combinada com as três Divisões Centrais adicionais têm um grande potencial para produzir importantes contribuições para a geração de Novas Energias.
 
Projeto de Pesquisa em Rede de INCT: “Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Fluidos Complexos (INCT-FCx)” – Agências financiadoras: CNPq e FAPESP. Coordenador: Antonio Martins Figueiredo Neto. Membro do Comitê Gestor: Kaline Coutinho.  Vigência: 25/11/2016 a 30/11/2023. 
 
Resumo do projeto
O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Fluidos Complexos (INCT-FCx) tem a missão de congregar profissionais das áreas de física (incluindo a biofísica), química (incluindo a bioquímica), biologia, imunologia, medicina, odontologia e matemática, em torno de problemas que requeiram um enfoque multidisciplinar. O INCT-FCx possui atividades de pesquisa, ensino e extensão. As atividades de pesquisa se destinam à geração de conhecimentos na fronteira das áreas do projeto, mantendo a característica multidisciplinar da abordagem. No setor de ensino, o Instituto realiza Escolas periódicas e fomenta a criação de disciplinas de graduação e pós-graduação em instituições de ensino e pesquisa. Na extensão, o Instituto atua junto ao ensino médio brasileiro, ministrando cursos de atualização para professores, na área da estrutura da matéria, novos materiais (cristais líquidos, ferrofluidos), água e fluidos biológicos. Elegemos três grandes famílias de fluidos complexos como objeto de estudo devido às suas características fundamentais que permitem uma integração de diferentes especialidades em sua abordagem: os cristais líquidos, os colóides magnéticos, e os fluidos de interesse biológico (em particular as lipoproteínas). Nesta família em particular, focalizamos os lipídios e proteínas, incluindo suas interações, estruturas e funções.
 

Auxílio a bolsas para estudantes de Graduação, Mestrado, Doutorado e Pós-doc

Projeto de IC: "Estudo de Captura de CO2 em Materiais Porosos: ZIF-78 e similares".
Bolsista FAPESP: Emanuel Fernandes Dias Mancio
Orientadora: Kaline Coutinho
 Vídeo do trabalho  apresentado no 28o SIICUSP de 23 a 26/11/2020 no IFUSP.