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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.59.2020.tde-07112019-161449
Document
Auteur
Nom complet
Eduardo Dias Vicentini
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Ribeirão Preto, 2019
Directeur
Jury
Oliveira Filho, Antonio Gustavo Sampaio de (Président)
Alves, Tiago Vinicius
Lourenço, Ricardo Vessecchi
Silva, Albérico Borges Ferreira da
Titre en portugais
Superfície de energia potencial e cinética da reação entre CO2 e ferro
Mots-clés en portugais
Dióxido de carbono
Química quântica
Redes neurais artificiais
Superfície de energia potencial
Teoria do funcional da densidade
Resumé en portugais
O aumento da concentração atmosférica de CO2 está relacionado a mudanças climáticas e problemas ambientais. A redução das emissões de dióxido de carbono por meio da sua utilização em reações químicas é um desafio, já que se trata de uma espécie termodinamicamente bastante estável. Com o objetivo de avaliar as interações intrínsecas entre o ferro e CO2 , estuda-se a reação Fe + CO2 → FeO + CO. Trata-se de um estudo teórico, em fase gasosa, em que foi empregado o nível de teoria B3LYP/def2-TZVP. Foram ajustadas funções de energia potencial, utilizando redes neurais, que foram conectadas suavemente a um potencial de longa distância que descreve efeitos de dispersão. A representação foi feita pela expansão de muitos corpos, em que a metodologia baseada em redes neurais demonstrou êxito no ajuste de potenciais de dois e três corpos, tendo sido empregados, nas funções que descrevem sistemas com átomos idênticos, os polinômios permutacionalmente invariantes. A complexidade da superfície de energia potencial para o sistema de quatro corpos, devido a presença de correlação eletrônica forte e a quantidade de pontos estacionários, inviabilizam o ajuste do potencial de quatro corpos e impossibilitaram o estudo da dinâmica da reação. São descritos todos os pontos estacionários, em termos de suas geometrias de equilíbrio, energias relativas e frequências vibracionais harmônicas. O conjunto desses dados permite realizar uma análise termodinâmica da reação que tem variação de entalpia a 0K, ΔrH°(0K) = 31,2 kcal mol−1 e dois caminhos de reação com estados de transição com entalpias de ativação, ΔH(0K) = 29,7 e 41,0 kcal mol−1
Titre en anglais
Potential energy surface and kinetics of reaction between CO2 and Fe.
Mots-clés en anglais
Artificial Neural Network
Carbon Dioxide
Density Functional Theory
Pontential Energy Surface
Quantum Chemistry
Resumé en anglais
The rise in atmospheric CO2 concentration is related to climate change and environmental issues. The reduction of carbon dioxide emissions by its utilization in chemical reactions is a challenge given its thermodynamic stability. To evaluate the intrinsic interactions between iron and CO2, the Fe + CO2 → FeO + CO gas-phase chemical reaction was studied at the B3LYP/def2-TZVP level of theory. Potential energy functions, represented using the many-body expansion, were fitted using neural networks that were smoothly connected to a long-range potential that describes dispersion effects. The neural network-based approach successfully fitted the two- and three-body potentials. For the three-body potentials with identical atoms, permutationally invariant polynomials were used. Given the complexity of the potential energy surface for the four-body system, due to the presence of strong electronic correlation and the number of stationary points, it was not possible to fit the four-body potential and to study the reaction dynamics. All stationary points were studied, in terms of their equilibrium geometries, relative energies, and harmonic vibrational frequencies. The Fe + CO2 → FeO + CO reaction has enthalpy of reaction at 0K, ΔrH°(0K), equals to 31.2 kcal mol−1 and two possible reaction paths with activation enthalpies, ΔH(0K), of 29.7 and 41.0 kcal mol−1 .
 
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Date de Publication
2020-03-05
 
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