Nanobastões porosos de CeO2-ZrOx decorados com nanopartículas de ouro para a catálise da reação de oxidação preferencial de monóxido de carbono

Orientador: Italo Odone MazaliDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Este trabalho traz uma nova classe de catalisadores para a reação de oxidação preferencial de monóxido de carbono (PROX-CO) baseados em nanobastões de céria decorados com nanopartículas de ouro na superfície. Uma síntese hidrotérmica com diversas vantagens tais como one-step, one-pot e fácil de purificar possibilitou a preparação de nanopartículas de céria com alto grau de pureza, além de tamanho e morfologia controlados. Um inédito processo de lixiviação baseado na exposição das nanopartículas a uma solução de ácido sulfúrico foi empregado, no qual os poros nativos dos nanobastões foram expandidos, melhorando a capacidade total de armazenamento de oxigênio (OSC) do material. Os resultados da espectroscopia de emissão óptica de plasma acoplada indutivamente (ICP-OES) revelaram que as condições de lixiviação ácida empregadas foram eficazes para expandir a estrutura dos poros sem comprometer a estrutura das facetas cristalinas dos nanobastões de céria e evitar sua dissolução. Além disso, os resultados de espectroscopia Raman confirmaram o aumento da concentração de vacâncias de oxigênio na amostra lixiviada. Os nanobastões também foram dopados com íons Zr (IV) por meio de uma por co-precipitação. Para completar o catalisador, nanopartículas de ouro foram depositadas na superfície do óxido por deposição-precipitação (DP), na qual HAuCl4, é depositado na superfície do óxido após um ajuste controlado do pH da solução para 3, precipitando Au(OH)3, e posteriormente ouro metálico depois de tratamento térmico tratamento com a superfície do suporte desempenhando um papel como agente de nucleação. Diferentes métodos para aumentar o pH da solução, como adição de NaOH e decomposição térmica da ureia e diferentes temperaturas de tratamento térmico foram empregados, o que levou a diferentes desempenhos catalíticos. Demonstrou-se que os catalisadores compostos pelos nanobastões lixiviados são catalisadores mais apropriados para a reação de PROX-CO, aumentando a conversão total de CO e diminuindo a temperatura de conversão máxima, o que é favorável para o uso potencial deste material como catalisador em células combustíveis. Os nanobastões dopados com Zr também foram determinados como suportes mais eficientes, o que foi atribuído à capacidade dos íons Zr(IV) de elevar a OSC do materialAbstract: This work brings a novel class of catalysts for the reaction of preferential oxidation of carbon monoxide (PROX-CO) based on ceria nanorods decorated with gold nanoparticles on the surface. A hydrothermal synthesis with several advantages such as a one-step, one-pot, low-cost and easy-to-purify process that enables the preparation of high purity ceria nanoparticles of controlled size and morphology. Afterward, a novel acid lixiviation process based on treating the nanoparticles with sulfuric acid solution was employed in which the native pores of ceria nanorods were expanded improving the total oxygen storage capacity (OSC) of the material, a physical-chemical property of utmost importance to understand chemisorption phenomena in catalysis. Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) results revealed that the acid leaching conditions employed were effective to expand the pore structure without compromising the facets structure of ceria nanorods and avoiding their dissolution. Raman results confirmed the increase in oxygen vacancies concentration in the lixiviated sample of nanorods. Cerium nanorods were also successfully doped with Zr (IV) ions via a co-precipitation technique. In order to complete the nanohierarchy of the catalyst, gold nanoparticles were placed down onto the oxide surface by the deposition-precipitation (DP) method. In the methodology carried out in this work, gold precursor, HAuCl4, is brought out of the solution in the presence of a suspension onto the support by increasing the pH in order to precipitate Au(OH)3, which gives out metallic gold after thermal treatment. The surface of the support plays a role as a nucleating agent controlling. Different methods to increase the pH of the solution, such as addition of NaOH and thermal decomposition of urea and different annealing temperatures were employed, which led to different catalytic performances. The catalysts composed by lixiviated ceria nanorods were proved to be better for PROX-CO reaction as they increased the total CO conversion and decreased the maximum conversion temperature, which is appropriate for the potential use of this catalyst in fuel cells. The Zr-doped nanorods also were determined to be more effective which was attributed to the capacity of Zr (IV) to improve the oxygen vacancy concentration of the nanorodsMestradoQuimica InorganicaMestre em Química2018/07853-2FAPES