Unraveling the influence of the CeO2-x (0 ≤ x ≤ 0.5) properties on the reactivity of the Cu-CeO2-x nanoparticles towards the CO oxidation reaction

• Autor(a) principal: Matte, Lívia Pugens
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/218405
• topic: Nanopartículas; Catálise; Microscopia eletrônica de transmissão; Difração de raios X

O monóxido de carbono é um gás tóxico, inodoro e incolor, formado pela combustão incompleta de matéria orgânica, como combustíveis fósseis e vegetação. Uma maneira eficiente de reduzir a emissão desse gás na atmosfera é pelo uso de uma reação de oxidação, normalmente realizada com o uso de catalisadores. Os catalisadores usados atualmente contêm metais nobres, como Pt, Pd e Rh. Catalisadores mais baratos, como catalisadores à base de Cu, com maior eficiência atrairiam a atenção das indústrias. Este trabalho apresenta o estudo sobre a influência das propriedades eletrônicas e estruturais das nanopartículas de CeO2-x (0 ≤ x ≤ 0,5) na reatividade das nanopartículas de Cu-CeO2-x na reação de oxidação do CO. Nanopartículas de Cu foram misturadas com nanopartículas de CeO2-x que apresentam diferentes propriedades. Um padrão comercial foi utilizado para comparação. O controle das propriedades eletrônicas e estruturais das nanopartículas de CeO2-x foi obtido pela mudança dos parâmetros de síntese do método de precipitação, como o solvente (tipo e concentração) e a temperatura de síntese. As nanopartículas de Cu-CeO2-x preparadas foram caracterizadas por TEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão), EDS (Espectroscopia Dispersiva em Energia), XRD (Difração de Raios-X) e XPS (Espectroscopia de Fotoemissão por Raios-X). Após, as nanopartículas foram aquecidas a 400 °C sob uma atmosfera redutora de CO e, em seguida, resfriadas a 250 °C ou 150 °C, onde a reação de oxidação de CO ocorreu. As medidas de XAS (Espectroscopia de Absorção de Raios-X) in situ e XAS in situ resolvida no tempo nas bordas K do Cu e L3 do Ce foram realizadas durante redução e reação de oxidação de CO e a reatividade na reação de oxidação de CO foi estudada por medidas de Espectrometria de Massas resolvidas no tempo. As alterações morfológicas nas nanopartículas de Cu após tratamento de redução foram investigadas pelas técnicas de XPS e TEM de Alta Resolução (HRTEM). As nanopartículas de Cu se espalharam sobre a superfície de CeO2-x durante o tratamento de redução, alterando, assim, a forma. Além disso, observou-se que quanto maior a reatividade na reação de oxidação de CO, maior a fração de Ce (III) durante o tratamento de redução, maior a fração de CuO durante a reação de oxidação do CO e menor a fração de Ce (III) durante a reação de oxidação de CO. A ordem atômica local em torno dos átomos de Cu durante a reação de oxidação de CO também influencia na reatividade, que é maior para números de coordenação e fatores de Debye-Waller Cu-O e Cu-Cu maiores e distâncias Cu-O menores. Foi demonstrado que a reação de oxidação do CO ocorre com a X adsorção de CO nas nanopartículas de CuO, onde é oxidado formando CO2. Em seguida, as nanopartículas de CeO2-x transferem O para as nanopartículas de Cu e são reoxidadas pelo O2 da atmosfera. Finalmente, foi observada uma melhor reatividade nas nanopartículas de Cu-CeO2-x contendo as nanopartículas de CeO2-x sintetizadas quando comparadas às nanopartículas que contêm o padrão comercial de CeO2-x, onde a reatividade pode ser ajustada pelos parâmetros de síntese utilizados.