Platinum-nickel bimetallic nanocatalysts : effect of the chemical composition and nature of the support in the water-gas shift reaction
| Autor: | Danielle Santos Gonçalves |
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| Přispěvatelé: | Zanchet, Daniela, 1972, Rodrigues, Victor de Oliveira, Abbehausen, Camilla, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS |
| Rok vydání: | 2017 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientador: Daniela Zanchet Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: A catálise é uma das áreas da Ciência mais amplas no que se refere a contribuir para o desenvolvimento de uma sociedade moderna sustentável, pois por meio dela é possível incrementar processos de produção diversos de maneira sustentável. Um dos maiores desafios em catálise é desvendar o poder catalítico das espécies responsáveis pelo incremento da reação química. Além disso, a compreensão das alterações pelas quais estas espécies passam desde a sua síntese até o ensaio catalítico propriamente dito é vital para o entendimento dos fenômenos que regem a catálise. Apreciando este cenário favorável a inúmeras pesquisas fundamentais, neste trabalho foram obtidos nanocatalisadores bimetálicos de Platina-Níquel altamente homogêneos como sistema modelo para a investigação catalítica na reação de deslocamento gás-água. Inicialmente, a síntese coloidal foi empregada como rota de obtenção das nanopartículas, que foram caracterizadas por diversas técnicas, como ICP, XRD, TEM e XAFS. Foi constatada a obtenção de nanopartículas esféricas com diâmetro médio em torno de 6 nm e composição PtxNi1-x, onde x compreendeu valores entre 0,33 e 0,70, obtidos por ICP. As nanopartículas pré-formadas foram suportadas em SiO2, ?-Al2O3 e TiO2, sendo que nessa etapa, estudos por XRD in situ permitiram observar aspectos interessantes de estabilidade e mobilidade das espécies metálicas sob condições redox e em função da temperatura. Foi evidenciado que o suporte atua sobre a mobilidade das espécies metálicas suportadas, como também no fenômeno de segregação de fases sob atmosfera oxidante e na migração reversível de níquel sob atmosfera redutora, que leva à reformação da liga PtNi; este resultado foi confirmado pela técnica de XAFS. Os catalisadores foram aplicados na reação de deslocamento gás-água, onde dois efeitos principais foram investigados: o efeito da composição química da nanopartícula e o efeito do suporte sobre a atividade catalítica observada. No primeiro caso, os resultados apontaram que o catalisador em que a composição Pt:Ni é igual a 1:2 é mais ativo e esse fenômeno deve estar associado a estrutura eletrônica da liga PtNi. No segundo caso, os resultados confirmaram que a característica redutível do suporte contribui para o maior desempenho catalítico, e entre os suportes não-redutíveis, a diferença de atividade é atribuída à diferença de composição superficial da liga após a etapa de redução in situ e/ou a formação de diferentes interfaces PtNi-NiOx Abstract: Catalysis is one of the areas of science that can largely contribute to the development of a sustainable modern society, since can lead to the development of sustainable production processes. One of the greatest challenges in catalysis is to unravel the catalytic nature of the species involved in the chemical reaction. In addition, the comprehension of the changes that these species goes through from synthesis to the catalytic test is crucial for understanding the phenomena that governs the catalysis. Considering this favorable scenario to research numerous fundamental aspects, in this work homogenous bimetallic nanocatalysts of Platinum-Nickel were used as a model system to investigate its catalytic performance in the water gas shift reaction. Initially, the colloidal synthesis was used as a route to obtain nanoparticles, which were characterized by several techniques, such as ICP, XRD, TEM and XAFS. Spherical nanoparticles were obtained with average diameter around 6 nm and tunable composition, PtxNi1-x, where x comprised values between 0.33 and 0.70, obtained by ICP. The preformed nanoparticles were supported on SiO2, ?-Al2O3 and TiO2, and at this point, in situ XRD studies allowed observing interesting aspects about the stability and mobility of the metal species under redox conditions and as a function of temperature. It was evidenced that the support acts on the mobility of supported metallic species as well as on the phase segregation process that takes place under oxidizing atmosphere; it also affects the reversible migration of nickel under reducing atmosphere and its re-alloying with the Pt enriched nanoparticles, this result was confirmed by XAFS technique. These catalysts were applied in the water gas shift reaction and two main aspects were investigated: the effect of the chemical composition of the nanoparticle and the effect of the support on the observed catalytic activity. In the first case, the results indicated that the catalyst in which the Pt:Ni composition is equal to 1:2 is more active and this phenomenon may be related to the electronic structure of the PtNi alloy. In the second case, the results confirmed that reducible characteristic of the support contributes to better catalytic performance, and between the non-reducible supports, the difference in activity is attached to different surface composition in alloy after in situ reduction process and/or formation of different PtNi-NiOx interfaces Mestrado Química Inorgânica Mestra em Química CNPQ 130411/2015-9 |
| Databáze: | OpenAIRE |
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