Leonardo Bruno Assis Oliveira

Espectroscopia Computacional de Moléculas e Nanoestruturas em Solução: Investigação teórica e computacional das propriedades estruturais, energéticas, eletrônicas e espectroscópicas de moléculas orgânicas, biomoléculas e nanoestruturas em ambientes líquidos. A pesquisa busca compreender, em escala molecular, como a solvatação, as ligações de hidrogênio, a polarização eletrônica e a composição do meio modificam geometrias, distribuições de carga, níveis eletrônicos e observáveis espectroscópicos. Para isso, combina simulações de Monte Carlo e dinâmica molecular com métodos de estrutura eletrônica, incluindo DFT, TD-DFT e abordagens sequenciais QM/MM. Entre as propriedades investigadas destacam-se espectros de absorção eletrônica e parâmetros de ressonância magnética nuclear, permitindo estabelecer relações entre estrutura molecular, ambiente solvente e resposta espectroscópica.

Líquidos Iônicos, Hidratação e Organização Molecular: Estudo atomístico da estrutura, dinâmica e estabilidade de líquidos iônicos puros e hidratados, com ênfase nos efeitos produzidos pela incorporação de água, variações de temperatura e alterações na composição iônica. Por meio de simulações de dinâmica molecular, são investigadas a distribuição espacial dos íons e das moléculas de solvente, a formação de ligações de hidrogênio, a organização de domínios polares e apolares e as mudanças nas interações intermoleculares decorrentes da hidratação. A pesquisa busca compreender como essas alterações microscópicas afetam as propriedades físico-químicas dos líquidos iônicos e seu comportamento como solventes funcionais e eletrólitos. Trabalhos recentes também exploram estratégias de controle da água em líquidos iônicos próximos a superfícies eletrificadas, incluindo modificação da composição por sais de lítio.

Supercapacitores, Dupla Camada Elétrica e Engenharia Molecular de Eletrólitos: Modelagem computacional de interfaces eletrodo–eletrólito voltadas à compreensão e otimização de supercapacitores. A linha investiga sistemas baseados em eletrodos de materiais bidimensionais, particularmente grafeno e grafino, combinados a líquidos iônicos puros, hidratados ou misturados a outros solventes. As simulações de dinâmica molecular permitem caracterizar a formação da dupla camada elétrica, perfis de densidade e potencial eletrostático, adsorção preferencial de espécies iônicas e reorganização do eletrólito sob polarização. São avaliados ainda os efeitos da hidratação, da adição de água ou metanol, da substituição parcial de íons como cloreto e brometo e da introdução de sais sobre a organização interfacial e o desempenho eletroquímico. O objetivo é identificar mecanismos moleculares que permitam projetar eletrólitos mais leves, estáveis e eficientes para armazenamento de energia.

Materiais Peptídicos, Polipeptídeos e Nanoestruturas Biomoleculares: Modelagem atomística das propriedades estruturais, energéticas e espectroscópicas de peptídeos, polipeptídeos e nanoestruturas auto-organizadas em solução. A pesquisa combina dinâmica molecular e métodos de estrutura eletrônica para investigar estabilidade conformacional, interações intermoleculares, formação de ligações de hidrogênio, efeitos de solvatação e evolução das propriedades eletrônicas à medida que cadeias peptídicas ou agregados aumentam de tamanho. Entre os sistemas estudados encontram-se membranas peptídicas formadas por sequências de arginina e fenilalanina, nanofibras e cadeias de aminoácidos como treonina e valina. Esses estudos contribuem para esclarecer os mecanismos físico-químicos responsáveis pela estabilidade e organização de materiais peptídicos e fornecem parâmetros para sua modelagem em escala molecular.

Moléculas Bioativas, Cromóforos e Efeitos de Solvente em Espectroscopia: Investigação das propriedades moleculares e espectroscópicas de compostos orgânicos e biologicamente relevantes, com particular atenção ao papel desempenhado pelo ambiente químico. A linha abrange sistemas como modelos de vitamina E, constituintes e oligômeros de eumelanina, derivados canabinoides e outros cromóforos, avaliando de que maneira solventes polares, misturas de solventes e interações específicas soluto–solvente alteram estrutura eletrônica, polarização, deslocamentos químicos de NMR e espectros de absorção. São empregadas abordagens de solvente explícito e contínuo, bem como metodologias sequenciais envolvendo Monte Carlo ou dinâmica molecular combinados a cálculos quânticos. Os resultados permitem relacionar microsolvatação e ligações de hidrogênio a modificações observáveis nas respostas ópticas e magnéticas das moléculas.

Parametrização Molecular e Desenvolvimento de Modelos para Aminoácidos em Solução: Desenvolvimento e avaliação de parâmetros moleculares empregados em simulações atomísticas de aminoácidos e sistemas biomoleculares em meio aquoso. A pesquisa investiga a capacidade de campos de força clássicos de reproduzir corretamente as interações entre grupos funcionais de aminoácidos e moléculas de água, com especial atenção à distribuição de cargas atômicas e à polarização induzida pelo solvente. Simulações de dinâmica molecular são combinadas a cálculos de estrutura eletrônica para gerar e comparar modelos de cargas, avaliar energias de interação e caracterizar propriedades estruturais e espectroscópicas. A abordagem busca aprimorar a representação computacional de aminoácidos hidroxilados, sulfurados, amídicos e outras classes químicas, fornecendo parâmetros mais consistentes para estudos posteriores de peptídeos, proteínas e materiais biomoleculares.