O crescente entendimento de que a elevação na temperatura média do planeta tem sido causada pela ação humana intensificou nos últimos anos a busca por fontes de energia limpa, renovável e barata. Uma dessas fontes alternativas são os biocombustíveis da chamada segunda geração, produzidos a partir dos resíduos da agricultura, como palha e bagaço de cana, que são compostos principalmente por celulose. A produção do etanol de segunda geração, por exemplo, passa pela quebra dessa celulose em açucares mais simples com a utilização de diversas enzimas, com posterior fermentação em etanol.

Na produção agrícola, diversos dos nutrientes necessários para o crescimento e desenvolvimento das plantas são fornecidos ou suplementados através de fertilizantes. Alguns nutrientes, como fósforo ($\rm P$) e potássio ($\rm K$), são necessários em grandes quantidades, mas obtidos de fontes minerais limitadas. Outros – como manganês ($\rm Mn$), cobre ($\rm Cu$) ou zinco ($\rm Zn$) – são necessários apenas em pequenas quantidades e sua aplicação excessiva pode ser tóxica para as plantas ou para importantes microrganismos presentes no solo.

O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. Uma forma promissora de se produzir hidrogênio é a partir do chamado biogás: metano ($\rm CH_4$) e gás carbônico ($\rm CO_2$) originado na fermentação de matéria orgânica em ambientes anaeróbicos, como aterros sanitários.

Catalisadores são substâncias que promovem e aceleram reações químicas sem serem consumidos durante o processo e são amplamente empregados em processos industriais na produção de diversos produtos químicos. Em especial, catalisadores baseados em nanopartículas de cobre dispersados em um suporte de óxido beneficiam diversas reações, como a síntese de metanol, a desidrogenação de álcoois, ou a reação de deslocamento gás-água (water gas shift ou WGS) que é uma das principais reações para produção de hidrogênio em escala industrial. Nela, monóxido de carbono reage com vapor de água produzindo gás carbônico ($\rm CO_2$) e hidrogênio ($\rm H_2$).

Actinídeos são uma série de elementos químicos que constituem a base da tecnologia de fissão nuclear, encontrando aplicações em áreas estratégicas como a geração de energia, exploração espacial, diagnósticos e tratamentos médicos, e também em alguns vidros especiais. Tório (Th) e Urânio (U) são os actinídeos mais abundantes na crosta terrestre.

A compreensão mais profunda das propriedades do Urânio e de outros actinídeos é necessária não só para sua utilização mais eficiente em aplicações existentes como também para a proposição de novas formas para seu uso. No entanto, a dificuldade em se manipular esses materiais de forma segura faz com que suas propriedades ainda permaneçam relativamente desconhecidas em comparação com elementos mais leves.

A produção de compostos químicos a partir de moléculas orgânicas mais simples é de grande importância para diversos processos industriais. Ela se baseia na ligação entre carbonos dos compostos orgânicos precursores, auxiliada por catalisadores (tipicamente, metais de transição). Essas reações permitem a obtenção de substâncias naturais e sintéticas para desenvolvimento de novos materiais, como polímeros e fármacos.

Em especial, as chamadas reações de acoplamento cruzado carbono-carbono (C-C), em que duas moléculas precursoras diferentes são ligadas para formar o composto químico final, são de tamanha importância que seu desenvolvimento rendeu aos pesquisadores Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi e Akira Suzuki o prêmio Nobel de química de 2010.

Semicondutores são uma classe de materiais essenciais para a indústria eletrônica. Eles possuem propriedades intermediárias entre condutores e isolantes, que podem ser modificadas pela dopagem com diferentes elementos químicos ou pela aplicação de campos elétricos ou luz.

O fósforo negro é uma forma estável de fósforo cuja estrutura cristalina é composta pelo empilhamento de camadas finas bidimensionais, com apenas um átomo de espessura. Este material possui grande potencial para ser usado em dispositivos eletrônicos na escala nanométrica devido a suas propriedades semicondutoras, que podem ser ajustadas de acordo com a necessidade a partir do número de camadas atômicas.

O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. No entanto, diversos desafios tecnológicos ainda precisam ser superados para que seu uso seja economicamente viável. Uma das formas de se produzir o hidrogênio é a partir da quebra de moléculas de água $\rm H_2O$, com formação de moléculas de $\rm H_2$. A principal reação nesse processo é a Reação de Evolução do Hidrogênio (HER, na sigla em inglês) em que os prótons em um meio ácido são reduzidos e formam gás hidrogênio por elétrons passados através de catalisadores.

Corantes sintéticos são utilizados constantemente nas mais diversas industrias, da têxtil à cosmética. Tanto a produção quanto utilização dessas substâncias podem levar a problemas ambientais caso não sejam devidamente degradados ou removidos dos efluentes industriais. Para isso, vários processos físicos, químicos ou biológicos podem ser utilizados. Dentre eles, os processos de adsorção combinam baixo custo e altas taxas de remoção.

A busca por fontes de energia limpa, renovável e barata tem se intensificado nos últimos anos com o crescente consenso de que a elevação na temperatura média do planeta, e a consequente intensificação de episódios climáticos extremos, é causada pela ação humana. O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. No entanto, a viabilidade econômica da produção, armazenamento e distribuição de hidrogênio para geração de energia ainda exige a superação de diversos desafios tecnológicos.