Tertius Lima Fonseca

Espectroscopia Molecular, Estrutura Eletrônica e Efeitos de Solvente: Investigação teórica e computacional das propriedades estruturais, eletrônicas e espectroscópicas de moléculas em fase condensada, com ênfase na influência do ambiente químico sobre geometrias moleculares, distribuição eletrônica, transições ópticas e propriedades de resposta. A pesquisa analisa como polaridade, ligações de hidrogênio, polarização do solvente e mudanças conformacionais modificam espectros de absorção e outras propriedades eletrônicas de cromóforos e moléculas conjugadas. São empregados métodos de estrutura eletrônica, incluindo DFT e TD-DFT, combinados a representações explícitas ou efetivas do solvente e a metodologias multiescala. Estudos com merocianinas e derivados de 4,5-dicianoimidazol demonstram, por exemplo, a forte correlação entre polaridade do meio, alterações conformacionais, deslocamentos espectrais e redistribuição eletrônica.

Óptica Não Linear Molecular e Engenharia de Hiperpolarizabilidades: Estudo das propriedades ópticas lineares e não lineares de moléculas orgânicas, sistemas conjugados e cromóforos com potencial aplicação em fotônica e optoeletrônica. A pesquisa concentra-se particularmente no cálculo e interpretação das primeiras e segundas hiperpolarizabilidades moleculares e na identificação dos fatores estruturais que controlam a magnitude dessas respostas. São investigados efeitos de conjugação π, transferência intramolecular de carga, substituição química, conformação, alternância de comprimento de ligação e interação com solventes. A abordagem possibilita estabelecer relações entre estrutura molecular e resposta óptica não linear e, consequentemente, fornecer critérios para seleção e desenho racional de moléculas com propriedades ópticas aprimoradas.

Materiais Moleculares e Cristais Orgânicos para Fotônica e Óptica Não Linear: Modelagem teórica das propriedades eletrônicas e ópticas de cristais moleculares e materiais orgânicos funcionais voltados a aplicações fotônicas. A pesquisa busca compreender como a organização cristalina, as interações intermoleculares e o campo eletrostático produzido pelo ambiente sólido modificam as propriedades microscópicas das moléculas e determinam a resposta óptica macroscópica do material. São estudados sistemas como cristais de estilbazólio, DAPSH, derivados de chalconas, neolignanas e outras estruturas moleculares com respostas não lineares de segunda e terceira ordem. Métodos baseados em DFT e esquemas de electrostatic embedding são empregados para conectar propriedades moleculares, estrutura cristalina e susceptibilidades ópticas, contribuindo para a prospecção computacional de materiais para conversão de frequência, geração de radiação e dispositivos fotônicos.

Líquidos Iônicos, Hidratação, Confinamento e Organização Molecular: Investigação por dinâmica molecular da estrutura, estabilidade e organização microscópica de líquidos iônicos em diferentes condições termodinâmicas e ambientes de solvatação. A linha analisa os efeitos da concentração de água, temperatura, composição química e confinamento sobre a distribuição espacial de cátions, ânions e moléculas de solvente, bem como sobre ligações de hidrogênio, agregação, segregação de domínios e estabilidade estrutural do líquido. Trabalhos recentes incluem líquidos iônicos hidratados em altas temperaturas e sistemas confinados em nanogotas aquosas, permitindo explorar desde propriedades fundamentais desses fluidos até possíveis relações com sistemas atmosféricos e ambientes complexos. O objetivo é estabelecer relações entre composição, organização molecular e propriedades físico-químicas de líquidos iônicos destinados a aplicações como solventes e eletrólitos funcionais.

Supercapacitores, Interfaces Eletroquímicas e Eletrólitos Baseados em Líquidos Iônicos: Modelagem molecular de dispositivos de armazenamento eletrostático de energia, com ênfase na estrutura da dupla camada elétrica formada na interface entre eletrodos de carbono e eletrólitos baseados em líquidos iônicos. Por meio de simulações de dinâmica molecular, são analisados a organização de íons e solventes próximos a superfícies eletrificadas, perfis de densidade e potencial, adsorção preferencial, hidratação e efeitos da composição do eletrólito sobre a capacitância e o desempenho energético. A linha contempla eletrodos de grafeno e grafino, eletrólitos puros ou hidratados, misturas contendo água e metanol e modificações na composição aniônica, como proporções distintas de cloreto e brometo. Estudos recentes investigam também novas arquiteturas de eletrodos e condutores integrados, visando compreender mecanismos moleculares capazes de aumentar a eficiência de supercapacitores.

Nanoestruturas e Sistemas Moleculares de Alta Resposta Óptica Não Linear: Prospecção computacional de nanoestruturas e sistemas moleculares com respostas ópticas não lineares intensificadas por dopagem, confinamento eletrônico, transferência de carga e reorganização estrutural. A pesquisa investiga como a introdução de átomos ou íons em nanoestruturas modifica a distribuição eletrônica e pode amplificar propriedades como primeira e segunda hiperpolarizabilidades. Entre os sistemas estudados encontram-se nanotubos de nitreto de boro dopados com metais alcalinos e alcalino-terrosos e complexos moleculares como Li@B₁₀H₁₄, nos quais a resposta óptica apresenta forte dependência da estrutura eletrônica e da conformação. O objetivo é compreender os mecanismos físicos responsáveis pela amplificação das não linearidades ópticas e estabelecer estratégias de design computacional de novos sistemas para aplicações em fotônica molecular e nanofotônica.