Síntese de materiais híbridos baseados em polioxometalatos : estudo das propriedades estruturais e catalíticas

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2014.O presente trabalho tem como objetivo descrever a síntese e caracterização de materiais híbridos com base na interação dos heteropoliácidos H3PW12O40 (HPW) e H3PMo12O40 (HPMo) com o cátion cetiltrimetilamônio (CTA). Os materiais foram estudados em diferentes proporções molares heteropoliácido:surfactante (HPA:CTA), determinados experimentalmente por análise elementar (CHN e FRX/EDX) e análise térmica (TG/DTG/DTA). Medidas de FT-IR evidenciaram que a estrutura primária dos heteropoliácidos (ânion de Keggin) foi mantida e que as interações ânion-ânion foram consideravelmente reduzidas. A análise estrutural e morfológica dos catalisadores por FT-IR, DRX e MEV/MET indicou que as moléculas de CTA estão empacotadas em camadas organizadas e que os ânions de Keggin apresentaram uma morfologia hexagonal. Estudos de análise térmica mostraram que a interação HPW/CTA aumentou significativamente a estabilidade do surfactante, mas a capacidade oxidativa dos materiais da série CTAxH3-xPMo provocou uma decomposição exotérmica em temperaturas mais baixas. A atividade catalítica dos materiais foi avaliada na reação de esterificação do ácido acético com álcool benzílico e na reação de oxidação do álcool benzílico com peróxido de hidrogênio. Dentre os catalisadores testados, os materiais CTA1,9H1,1PW (58,3% de conversão) e CTA2,3H0,7PMo (88,8% de conversão) apresentaram os melhores resultados na reação de esterificação, enquanto na reação de oxidação os catalisadores mais ativos foram aqueles com maior conteúdo de CTA, isto é, as amostras CTA28,0PW (63,25% de conversão e 98,89% de seletividade) e CTA10,8PMo (69,08% de conversão e 82,88% de seletividade).This work aims to describe the synthesis and characterization of hybrid materials based on the interaction of H3PW12O40 (HPW) and H3PMo12O40 (HPMo) heteropolyacids with cetyltrimethylammonium cation (CTA). The materials were studied at different heteropolyacid:surfactant (HPA:CTA) molar ratios, experimentally determined by elemental analysis (CHN and XRF/EDX) and thermal analysis (TG/DTG/DTA). FT-IR measurements showed that the heteropolyacid primary structure (Keggin anions) was maintained and that the anion-anion interactions were considerably reduced. Structural and morphological analyses of the catalysts by FT-IR, XRD and SEM/TEM indicate that the CTA molecules are packed into organized layers and that Keggin anions are arranged in a hexagonal morphology. Thermal analysis studies showed that the HPW/CTA interaction increased significantly the surfactant stability, but the oxidation capacity of the CTAxH3-XPMo materials caused an exothermic decomposition at lower temperatures. The catalytic activity of the materials was evaluated in the esterification reaction of acetic acid with benzyl alcohol and in the oxidation reaction of benzyl alcohol with hydrogen peroxide. Among the tested catalysts, CTA1.9H1.1PW (conversion of 58.3%) and CTA2.3H0.7PMo (conversion of 88.8%) materials showed the best results in the esterification reaction. For the oxidation reaction, the materials with the highest content of CTA were the most active catalysts, i. e., CTA28,0PW (conversion of 63.25% and selectivity of 98.89%) and CTA10.8PMo (conversion of 69.08% and selectivity of 82.88%) materials