Bolsa de PD em Catálise por Redes Metalorgânicas (MOFs)

Post-doctoral Fellowship in Metal-Organic Framework Catalysts

• Resumo Summary

  Uma vaga de pós-doutorado com bolsa FAPESP está disponível para realizar pesquisas em Novos catalisadores multifuncionais com estruturas metalorgânicas para oxidação leve de metano a metano, título do subprojeto dentro do Projeto Temático “Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO₂ em produtos”. 

  Em 20 anos, espera-se que cheguemos à era de ouro do gás natural, quando o metano será a principal matéria-prima industrial. Assim, o objetivo desta proposta é desenvolver novas rotas para se converter o metano, assim como o CO₂, em metanol. Outros produtos, como materiais à base de carbono e gás de síntese, também serão estudados.

  O metanol, um importante produto industrial, é uma das substâncias químicas mais relevantes a serem obtidas a partir do metano e do CO₂. Industrialmente, o metanol é produzido a partir do gás de síntese, que é obtido principalmente pela reforma a vapor de metano. A produção direta de metanol a partir do metano tem sido um grande desafio por décadas, embora avanços essenciais na compreensão da reação têm sido relatados.

  Nesta parte do projeto, pretendemos estudar a oxidação de metano a metanol catalisada por redes metalorgânicas (MOFs). Esta é uma área de pesquisa pouco explorada, mas altamente promissora. Os MOFs são compostos de coordenação porosos, formado por redes feitas de unidades secundárias inorgânicas (SBUs, íons metálicos ou aglomerados) e ligantes orgânicos (por exemplo, policarboxilatos, polipiridinas). A flexibilidade com a qual a geometria, o tamanho e a funcionalidade dos constituintes podem ser variados já resultou em mais de 20.000 diferentes MOFs. Suas áreas superficiais podem chegar a 10.000 m².g^-1, o que excede significativamente a de outros materiais porosos e catalisadores, como os zeólitas e os carvões ativados. Assim, neste subprojeto, estamos propondo a síntese e a investigação catalítica de novos MOF multifuncionais à base de Cu e Fe para a oxidação seletiva de metano a metanol. Estes novos materiais serão preparados por métodos hidrotérmicos e de “auto-montagem” e caracterizados por métodos padrão, incluindo difração de raios X de cristal único e análise topológica, além de estudos de estabilidade térmica, porosidade e adsorção de gases. Pretende-se explorar a natureza do centro metálico e de diferentes tipos de ligantes orgânicos.

  Os MOFs mais promissores serão avaliados como catalisadores heterogêneos para a oxidação de metano sob condições brandas, visando obter um conhecimento sistemático sobre os efeitos das propriedades químicas e físicas desses materiais e as características cinéticas e mecânicas correspondentes. Os catalisadores MOF serão testados em reatores de fluxo e batelada. Ar sintético, O₂ e/ou H₂O₂ serão explorados como oxidantes. Também será estudada a oxidação competitiva de metano na presença de etano, propano e butano, visando a conversão de amostras similares ao gás natural bruto, bem como a avaliação do efeito da presença de outros alcanos leves na oxidação do metano. 

  Requisitos

  Espera-se que os bolsistas possam trabalhar com os métodos relacionados à síntese, caracterização e aplicação do material desenvolvido. Além disso, estar ativamente envolvido na divulgação científica, com a publicação dos resultados obtidos em periódicos nacionais e internacionais nas áreas de Catálises e Materiais Avançados.

  Dados gerais

  A vaga está aberta para candidatos brasileiros e estrangeiros. O candidato selecionado receberá uma bolsa mensal de pós-doutorado da FAPESP no valor de R$ 7.373,10 (cerca de US$ 1.950,00) mês e uma reserva técnica, equivalente a 15% das despesas da bolsa diretamente relacionadas à atividade de pesquisa. Mais detalhes podem ser encontrados em http://www.fapesp.br/270. Os candidatos devem ter concluído seu doutorado até 7 anos atrás, além de ter capacidade de trabalhar em equipes interdisciplinares e falar inglês. Também deve ter disponibilidade imediata para morar no Brasil e dedicar-se em tempo integral ao projeto. 

  Inscrições

  Os candidatos devem enviar a inscrição por e-mail (dalmo.mandelli@ufabc.edu.br) com o assunto “FAPESP Pós Doutorado- nome do candidato”. Os seguintes documentos devem ser anexados:  uma breve carta descrevendo a experiência anterior e o interesse pela posição (máximo de 1 página), um CV curto (máximo de 4 páginas) e duas (2) cartas de recomendação. Inscrições incompletas não serão aceitas. O prazo de inscrição é 01 de junho de 2019 e o projeto deve começar até 1º de agosto de 2019.

  One post-doctoral position with scholarship granted by the São Paulo Research Foundation (FAPESP) is available to perform research on New Multifunctional Metal-Organic Framework Catalysts for Mild Oxidation of Methane to Methanol – title of the subproject under the scope of the FAPESP Thematic Project “Novel chemical catalytic and photocatalytic processes for the direct conversion of methane and CO₂ to products.” 

  In 20 years we are expected to reach the Natural Gas Golden Age, when methane will play a leading role as primary industrial feedstock. Hence, the main aim of this proposal is developing new alternatives to convert methane, as well as CO₂, in methanol. Alternative products, such as carbon-based materials and syngas will be also studied.

  Methanol, an important industrial building-block, lies between the most important chemicals to be obtained from methane and CO₂. Industrially, methanol is produced from syngas, which is mainly obtained by methane steam reforming. As it concerns the direct production of methanol from methane, the reaction has been an unsolved challenge for decades, although essential advances in understanding the reaction have been achieved.

  At this part of the project we intend to study study the oxidation of methane to methanol catalyzed by metal-organic frameworks (MOFs). This topic still remains unexplored but represents a highly promising area of research. MOFs are porous crystalline coordination compounds consisting of infinite lattices built up of the inorganic secondary building units (SBUs, metal ions or clusters) and organic linkers (e.g., polycarboxylates, polypyridines). The flexibility with which the constituents’ geometry, size, and functionality can be varied has already resulted in over 20,000 different MOFs. Their surface areas can be as high as 10,000 m².g^-1, which significantly exceeds other porous materials and catalysts, such as zeolites and activated carbons. Hence, in this subproject, we propose the synthesis and catalytic investigation of new multifunctional Cu and Fe-based MOFs toward the selective oxidation of methane to methanol. Such new materials, will be prepared by hydrothermal and self-assembly methods and fully characterized by standard methods, including by single crystal X-ray diffraction and topological analysis in addition to thermal stability, porosity and gas adsorption studies. It will be explored the nature of the metal center and different types of organic linkers.

  The most promising MOFs will be screened as heterogeneous catalysts for the oxidation of methane under mild conditions, aiming at gaining a systematic knowledge on the effects of chemical and physical properties of these materials and the corresponding kinetic and mechanistic features. The obtained MOF catalysts will be tested in flow and batch reactors. Air, O₂ and/or H₂O₂ will be explored as standard oxidants. A competitive oxidation of methane in the presence of ethane, propane, and butane will also be attempted, aiming at a conversion of raw natural gas fractions and establishing an influence of the presence of other light alkanes on the methane oxidation.

  Requirements

  It is expected that the scholarship holders can work with the methods related to the synthesis, characterization and application of the developed material. In addition, being actively involved in scientific dissemination, with publication of the results in national and international journals in the areas of Catalysis and Advanced Materials.

  General Data

  The position is opened for Brazilians and foreigners candidates. The selected person will receive a FAPESP Post-Doctoral fellowship of R$ 7,373.10 (nearly US$ 1,950.00) per month and a technical reserve, equivalent to 15% of the scholarship expenses directly related to the research activity. More details can be found at http://www.fapesp.br/en/5427. Candidates must have completed a doctorate for less than 7 years, ability to work in interdisciplinary teams and speak English. Also must have immediate availability to live in Brazil and dedicate full-time to the research. 

  Registrations

  Candidates should submit the application via e-mail (dalmo.mandelli@ufabc.edu.br) including as the subject of the message the expression "FAPESP postdoctoral fellowship- followed by the name”. The following documents must be attached: a brief letter describing the previous experience and interest in the position (maximum 1 page), a short CV (4 pages maximum) and two (2) letters of recommendation. Incomplete application will not be accepted. The application deadline is June 1^st 2019 and the project is expected to begin no later than August 1^st 2019.