Estudo computacional da adsorção da molécula do óxido nítrico em aglomerados de paládio suportados em um modelo de y-alumina
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15827 |
Resumo: | The fuel burning in vehicles is the one of the main sources of pollutant emission to the atmosphere,being responsible to poor air quality,which leads to severe environmental problems and respiratory diseases in human beings. The increasing development of automotive industry led to improvements in fuels composition and injection systems and production of lighter components. However, even if these changes have reduced the emission levels, there is a constant growth of fleet causing anunfavorable balance. Three-way catalysts are devices found in vehicles, capable to convert the toxic substances released by the engine, such as NOx, CO and unburned hydrocarbons, in milder compounds to the atmosphere. For the NO molecule, specifically, noble metal (palladium and platinum) based catalystssupported inγ-alumina has shown high efficiency. However, the role of support in the adsorption of the molecule of interest is still not well known. The use of theoretical methods allows the investigation, in molecular level, of the processes involved during the interaction between the catalyst and the adsorbate. In this work, quantum-mechanical calculations using the Density Functional Theory were performed in order to obtain geometric, electronic and energetic parameters involved in the NO molecule adsorption on isolated and supported in y-alumina model (Al14O24H6) Pd4 clusters.The Al14O24H6 support promotes a higher dispersion of the palladium atoms on its surface. The NO adsorption in supported model is stronger on palladium atoms anchored on oxygen anions (ontop mode), with energy of 25.4 kcal/mol (computed at B3LYP/LANL2DZ/6-311+G(d)), in good agreement with the experimental value of 27.2 kcal/mol. The presence of y-alumina reduces the NO adsorption energy, mainly in bridge mode, where 91% of this decrease is consequence of electronic effect provided by support. Natural Bond Orbital calculations show that the higher the number of palladium atoms coordinated to NO, the greater 4d→2π*back-donation electronic transfer. However, this y-alumina model prevents the hollow mode formation on adsorbed Pd4 agglomerate. Thus, only in bridge mode is verified an effective electron transfer from 4d palladium orbital to2π* orbital in the NO molecule on supported Pd4. Electron transfers among palladium atoms are also verified. When the Pd Pd interactions are vanished (Pd1/Al14O24H6), it is possible to observe that tetrahedral aluminum (Altc) presents a clear acid behavior, whereas octahedral aluminum (Aloc), a slightly basic one. |
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However, even if these changes have reduced the emission levels, there is a constant growth of fleet causing anunfavorable balance. Three-way catalysts are devices found in vehicles, capable to convert the toxic substances released by the engine, such as NOx, CO and unburned hydrocarbons, in milder compounds to the atmosphere. For the NO molecule, specifically, noble metal (palladium and platinum) based catalystssupported inγ-alumina has shown high efficiency. However, the role of support in the adsorption of the molecule of interest is still not well known. The use of theoretical methods allows the investigation, in molecular level, of the processes involved during the interaction between the catalyst and the adsorbate. In this work, quantum-mechanical calculations using the Density Functional Theory were performed in order to obtain geometric, electronic and energetic parameters involved in the NO molecule adsorption on isolated and supported in y-alumina model (Al14O24H6) Pd4 clusters.The Al14O24H6 support promotes a higher dispersion of the palladium atoms on its surface. The NO adsorption in supported model is stronger on palladium atoms anchored on oxygen anions (ontop mode), with energy of 25.4 kcal/mol (computed at B3LYP/LANL2DZ/6-311+G(d)), in good agreement with the experimental value of 27.2 kcal/mol. The presence of y-alumina reduces the NO adsorption energy, mainly in bridge mode, where 91% of this decrease is consequence of electronic effect provided by support. Natural Bond Orbital calculations show that the higher the number of palladium atoms coordinated to NO, the greater 4d→2π*back-donation electronic transfer. However, this y-alumina model prevents the hollow mode formation on adsorbed Pd4 agglomerate. Thus, only in bridge mode is verified an effective electron transfer from 4d palladium orbital to2π* orbital in the NO molecule on supported Pd4. Electron transfers among palladium atoms are also verified. When the Pd Pd interactions are vanished (Pd1/Al14O24H6), it is possible to observe that tetrahedral aluminum (Altc) presents a clear acid behavior, whereas octahedral aluminum (Aloc), a slightly basic one.A queima de combustível nos veículos é uma das principais fontes de emissão de poluentes para a atmosfera, sendoresponsável pela baixa qualidade do ar, que acarreta em graves problemas no meio ambiente e em doenças respiratórias nos seres humanos. O desenvolvimento crescente da indústria automotiva levou a melhorias no sistema de injeção e na composição dos combustíveis e à produção de componentes mais leves. Entretanto, ainda que estas mudanças tenham reduzido o nível das emissões, há um constante aumento da frota fazendo com que o balanço seja desfavorável. Os catalisadores de três vias são dispositivos presentes nos veículos, capazes de converter as substâncias tóxicas liberadas pelo motor, como NOx, COe hidrocarbonetos não queimados, em compostos mais brandos para a atmosfera. Para a molécula de NO, especificamente, catalisadores a base de metais nobres, como paládio e platina, suportados em γ-alumina têm apresentado alta eficiência.Entretanto, o papel do suporte na adsorção da molécula de interesse ainda não é bem conhecido. O uso de métodos teóricos permite a investigação, em nível molecular, dos processos envolvidos durante a interação entre o catalisador e o adsorbato. Neste trabalho, cálculos mecânico-quânticos por Teoria do Funcional de Densidade foram realizados para a obtenção de parâmetros geométricos, eletrônicos e energéticos envolvidos na adsorção da molécula de NO em aglomerados de paládio isolados e suportados em um modelo de y-alumina (Al14O24H6).O suporte Al14O24H6 promove uma maior dispersão dos átomos de paládio sobre sua superfície. A adsorção de NO no modelo suportado é mais forte sobre os átomos de paládio ancorados sobre ânions oxigênio (modo ontop), com energia de 25,4 kcal/mol (calculada por B3LYP/LANL2DZ/6-311+G(d)), em bom acordo com o valor experimental de 27,2 kcal/mol. A presença da y-alumina diminui a energia de adsorção de NO, principalmente no modo bridge, onde 91% deste decréscimo é consequência do efeito eletrônico promovido pelo suporte. Cálculos do Orbitais Naturais de Ligação mostram que, quanto maior o número átomos de paládio coordenados à NO, maior a transferência eletrônica de retrodoação 4d→2π*. Entretanto, este modelo de y-alumina inibe a formação do modo hollow sobre o aglomerado de Pd4 adsorvido. Desta forma, apenas no modo bridge é verificado uma transferência eletrônica efetiva do orbital 4d no paládio para o orbital 2π* na molécula de NO sobre Pd4 suportado. Transferências eletrônicas entre os átomos de paládio são também verificadas. Quando as interações Pd Pd são removidas (Pd1/Al14O24H6), é possível observar que o alumínio tetraédrico (Altc) apresenta um nítido comportamento ácido, enquanto que o alumínio octaédrico (Aloc) é suavemente básico.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T19:03:55Z No. of bitstreams: 1 Leticia Maia Prates.pdf: 3946352 bytes, checksum: 177e1b022b92928ec85f67d9d5527ce7 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T19:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leticia Maia Prates.pdf: 3946352 bytes, checksum: 177e1b022b92928ec85f67d9d5527ce7 (MD5) Previous issue date: 2017-01-27application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Químicay-aluminapalladiumclustersNODFTNBOy-aluminaaglomerados de paládioNODFTNBOCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICAEstudo computacional da adsorção da molécula do óxido nítrico em aglomerados de paládio suportados em um modelo de y-aluminaComputational study of the nitric oxide molecule adsorption on palladium clusters supported in a y-alumina model.2017, 114 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALLeticia Maia Prates.pdfapplication/pdf3946352http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/15827/1/Leticia+Maia+Prates.pdf177e1b022b92928ec85f67d9d5527ce7MD511/158272024-02-27 14:47:46.517oai:www.bdtd.uerj.br:1/15827Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:47:46Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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The fuel burning in vehicles is the one of the main sources of pollutant emission to the atmosphere,being responsible to poor air quality,which leads to severe environmental problems and respiratory diseases in human beings. The increasing development of automotive industry led to improvements in fuels composition and injection systems and production of lighter components. However, even if these changes have reduced the emission levels, there is a constant growth of fleet causing anunfavorable balance. Three-way catalysts are devices found in vehicles, capable to convert the toxic substances released by the engine, such as NOx, CO and unburned hydrocarbons, in milder compounds to the atmosphere. For the NO molecule, specifically, noble metal (palladium and platinum) based catalystssupported inγ-alumina has shown high efficiency. However, the role of support in the adsorption of the molecule of interest is still not well known. The use of theoretical methods allows the investigation, in molecular level, of the processes involved during the interaction between the catalyst and the adsorbate. In this work, quantum-mechanical calculations using the Density Functional Theory were performed in order to obtain geometric, electronic and energetic parameters involved in the NO molecule adsorption on isolated and supported in y-alumina model (Al14O24H6) Pd4 clusters.The Al14O24H6 support promotes a higher dispersion of the palladium atoms on its surface. The NO adsorption in supported model is stronger on palladium atoms anchored on oxygen anions (ontop mode), with energy of 25.4 kcal/mol (computed at B3LYP/LANL2DZ/6-311+G(d)), in good agreement with the experimental value of 27.2 kcal/mol. The presence of y-alumina reduces the NO adsorption energy, mainly in bridge mode, where 91% of this decrease is consequence of electronic effect provided by support. Natural Bond Orbital calculations show that the higher the number of palladium atoms coordinated to NO, the greater 4d→2π*back-donation electronic transfer. However, this y-alumina model prevents the hollow mode formation on adsorbed Pd4 agglomerate. Thus, only in bridge mode is verified an effective electron transfer from 4d palladium orbital to2π* orbital in the NO molecule on supported Pd4. Electron transfers among palladium atoms are also verified. When the Pd Pd interactions are vanished (Pd1/Al14O24H6), it is possible to observe that tetrahedral aluminum (Altc) presents a clear acid behavior, whereas octahedral aluminum (Aloc), a slightly basic one. |
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