Síntese e caracterização de nanopartículas de CeO2-x e avaliação de sua atividade catalítica

• Autor(a) principal: Daniele Cristina Ferreira
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ESF2H
• topic: Física; Óxido de cério; Ressonancia paramagnetica eletronica; Espectroscopia de Raman; Física

O óxido de cério CeO2 está sendo amplamente utilizado em reações catalíticas a altas temperaturas, como catalisador heterogêneo para emissões automotivas e emissões de refinarias de petróleo. Isso se deve às suas propriedades de oxidação-redução, sua alta capacidade de armazenar oxigênio em sua estrutura e sua estabilidade térmica e química durante a catálise. A céria elimina a fuligem da combustão incompleta dos motores, que é geralmente causada pela oscilação na razão ar/combustível, e é regenerada após esse processo, pela simples exposição ao ar. O motivo do presente trabalho é a avaliação dos vários fatores os quais influenciam a eficiência catalítica deste material como a área superficial, formação de defeitos intrínsecos e extrínsecos, a formação de espécies reativas de oxigênio na presença de luz e peróxido de hidrogênio. Para tal, realizamos testes catalíticos como a oxidação de fuligem em função de temperatura e degradação de corantes catiônicos na presença de peróxido de hidrogênio e de luz em temperatura ambiente. No presente trabalho, duas rotas químicas foram usadas para síntese do CeO2 nanoestruturado com dopagem: rota química úmida para dopagem com nitrogênio e síntese hidrotermal para as dopagens com ferro e cobre. Após síntese as amostras foram calcinadas em atmosferas oxidantes e redutoras em temperaturas entre 200 e 500 °C. Todas as amostras produzidas foram caracterizadas por várias técnicas experimentais como difração de raios X, espectroscopia Raman e ressonância paramagnética eletrônica (RPE). Pudemos verificar que a dopagem com metais de transição (Fe e Cu) é um processo mais eficiente para a formação de vacâncias de oxigênio, que tratamentos térmicos em atmosfera redutora de gás verde, mistura de H2 e N2. As vacâncias de oxigênio compensadas pela transferência de dois elétrons por dois íons Ce3+ são os defeitos predominantes na estrutura do material sendo eles responsáveis pela formação das espécies reativas de peróxido (O22-). A formação de espécies de Ce3+ isoladas não é um processo dominante em CeO2 diferentemente do que acontece em TiO2. Além da introdução de vacâncias de oxigênio, a dopagem com metais de transição (Fe e Cu) em amostras de CeO2 tratadas em atmosferas redutoras levam a formação de pares redox Fe2+/Fe3+ e Cu2+/Cu+ que aumentam a eficiência de reações catalíticas deste material através de processo Fenton mediado pela formação de espécies reativas de oxigênios como, O22- e OH. Estas espécies foram verificadas por meio de espectroscopia Raman e Ressonância Paramagnética Eletrônica usando o método de armadilhas de spin. Os resultados experimentais indicam uma melhora considerável nos testes catalíticos realizados com as amostras sintetizadas por nós, se comparados ao óxido de cério comercial.