Lucas de Sousa Silva

Modelagem Molecular de Supercapacitores e Interfaces Eletrodo–Eletrólito: Investigação computacional dos mecanismos moleculares envolvidos no armazenamento eletrostático de energia em supercapacitores, com ênfase na formação e organização da dupla camada elétrica em interfaces entre eletrodos de carbono e eletrólitos líquidos. Utilizando dinâmica molecular atomística, são analisados perfis de densidade, distribuição de espécies iônicas, potenciais eletrostáticos, interações intermoleculares, capacitância e densidade de energia. A pesquisa busca estabelecer relações entre a estrutura microscópica da interface e o desempenho macroscópico do dispositivo, fornecendo critérios para a seleção racional de materiais de eletrodo, eletrólitos e condições operacionais capazes de aumentar a eficiência do armazenamento de energia.

Líquidos Iônicos Biodegradáveis e Eletrólitos Derivados de Aminoácidos: Desenvolvimento e avaliação computacional de eletrólitos sustentáveis baseados em líquidos iônicos derivados de aminoácidos para aplicação em supercapacitores. A linha investiga sistemas contendo o cátion 1-etil-3-metilimidazólio associado a aminoácidos como alanina, valina, leucina e isoleucina, avaliando como composição molecular e grau de hidratação afetam organização interfacial, mobilidade iônica, formação da dupla camada elétrica e capacidade de armazenamento energético. O objetivo é identificar eletrólitos que conciliem desempenho eletroquímico, biodegradabilidade e menor impacto ambiental, contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias de armazenamento de energia mais sustentáveis.

Engenharia Molecular de Eletrólitos - Hidratação, Misturas e Cossolvatação: Investigação sistemática de como hidratação, mistura de espécies iônicas, substituição de ânions e incorporação de cossolventes modificam as propriedades estruturais e eletroquímicas de eletrólitos utilizados em supercapacitores. A pesquisa inclui líquidos iônicos hidratados puros e mistos, sistemas contendo diferentes proporções de nitrato, perclorato, brometo e cloreto, além da utilização de água e metanol como cossolventes. Também são estudadas misturas baseadas em líquidos iônicos contendo ânions orgânicos, como acetato, benzoato e propanoato. Por meio de dinâmica molecular, busca-se compreender como essas alterações controlam a organização da dupla camada elétrica, a adsorção preferencial de espécies, as interações eletrodo–eletrólito e o desempenho energético do dispositivo.

Solventes Eutéticos Profundos: Estudo atomístico da estrutura e dinâmica de solventes eutéticos profundos (DES), com atenção especial aos efeitos da razão molar entre seus componentes e da incorporação de água. A pesquisa utiliza dinâmica molecular para investigar sistemas como cloreto de colina–fenol em diferentes proporções molares e níveis de hidratação, caracterizando redes de ligações de hidrogênio, organização local, coordenação molecular e alterações estruturais induzidas pela água. O objetivo é compreender os mecanismos que controlam as propriedades microscópicas desses solventes e estabelecer princípios para ajustar sua composição em aplicações futuras como meios funcionais e eletrólitos sustentáveis.

Materiais Bidimensionais e Geração de Emaranhamento Quântico: Investigação teórica de sistemas bidimensionais de carbono funcionalizados com íons de lítio para controle de transições eletrônicas e geração de emaranhamento quântico. A pesquisa emprega métodos de teoria do funcional da densidade (DFT) e TD-DFT para caracterizar energias de interação, estrutura eletrônica e transições de transferência de carga em sistemas constituídos por grafeno ou grafino associados a íons de lítio. Diferentes geometrias e distâncias entre os componentes são avaliadas com o objetivo de identificar configurações energeticamente estáveis e transições eletrônicas seletivas capazes de produzir estados correlacionados. A linha explora a utilização de materiais bidimensionais como plataformas moleculares para aplicações conceituais em informação, comunicação e processamento quântico.