dc.contributor.author | Osmari, Taynara Andrea | |
dc.date.accessioned | 2019-04-18T13:36:00Z | |
dc.date.available | 2019-04-18T13:36:00Z | |
dc.date.issued | 2019-03-08 | |
dc.identifier.citation | OSMARI, Taynara Andrea. Efeito do tamanho de partículas de Cu nas propriedades estruturais e eletrônicas e suas correlações com propriedades catalíticas na desidrogenação do etanol em Cu/SiO2. 2019. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11265. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11265 | |
dc.description.abstract | Metal nanoparticles may exhibit distinct catalytic behavior when there are particle size variations at nanometric scale. Cu nanoparticles supported on SiO2 and CAB-O-SIL® were synthesized with different metal loadings by ammonium evaporation method in order to evaluate the particle size effect on the structural and electronic properties in the ethanol dehydrogenation to acetaldehyde reaction. Because this reaction is structure-sensitive, it has the activation of the O-H bond, which is the determining step, favored by a higher electronic density of the metallic center, characteristic of very small particles. Thus serving as a model reaction to evaluate the behavior of Cu0 sites. The synthesized catalysts were characterized by: i) evaluation of structural properties through XRD, TPR-H2, TPR-N2O, TEM, and EXAFS; ii) evaluation of electronic properties by FTIR-CO, XPS, and XANES; and iii) evaluation of kinetic parameters by DFT. The structural and electronic properties were correlated with the catalytic activity (TOFAcH) and apparent activation energy (Eap). The Cu/SiO2 catalysts presented smaller particles, higher dispersion, and lower reduction degrees than Cu/Cab. For both series, the presence of Cu-O scattering particles with Cu-Cu coordination number (NCu-Cu) below 8 was observed. Moreover, FTIR-CO and XANES results indicated increased Cu+ when NCu-Cu decreased with the Cu-Cu bond distance (RCu-Cu) of 1.842 (NCu-Cu = 4.4; NCu-O = 0.8) to 1.849 Å (NCu-Cu = 7.9; NCu-O = 0.3), which is less than RCu-O from the Cu2O bulk (RCu-O = 1.855 Å). Data of EXAFS and FTIR-CO suggest that Cu nanoparticles are formed by a core-shell structure. The contraction in RCu-O occurs with the presence of surface O interacting with Cu+ in the Cu core surface. Values of TOFAcH correlated with NCu-Cu suggest increased activity with increased particle size, which is contrary to expectations. However, the decrease of NCu-Cu results increased surface O and decreased RCu-O. The values of TOFAcH decreased and Eap increased with the decrease of RCu-O and NCu-Cu, demonstrating that the presence of surface O causes decreased electronic density of Cu0 sites. Data from DFT indicated higher ethanol heat of adsorption (ΔHEtOH) for clusters without surface O (13Cu: -51.92 kJ.mol-1) than clusters with O (13Cu4O: -26.97 kJ.mol-1), while the energy of the transition state for ethoxide formation remained constant. The results suggest that the relevant step for the activation of ethanol is the adsorption of ethanol, which is highly sensitive to the presence of O on the surface. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Nanopartículas de cobre | por |
dc.subject | Desidrogenação do etanol | por |
dc.subject | Tamanho de partícula | por |
dc.subject | Propriedades eletrônicas | por |
dc.subject | Propriedades estruturais | por |
dc.subject | Copper nanoparticles | eng |
dc.subject | Particle size | eng |
dc.subject | Eletronic properties | eng |
dc.subject | Structural properties | eng |
dc.subject | EXAFS | eng |
dc.subject | Ethanol dehydrogenation | eng |
dc.title | Efeito do tamanho de partículas de Cu nas propriedades estruturais e eletrônicas e suas correlações com propriedades catalíticas na desidrogenação do etanol em Cu/SiO2 | por |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Bueno, José Maria Corrêa | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0157452280626031 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Gallo, Jean Marcel Ribeiro | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3485408327490746 | por |
dc.description.resumo | Nanopartículas metálicas podem apresentar comportamentos catalíticos distintos quando há variação no seu tamanho de partícula em escala nanométrica. Nanopartículas de Cu suportadas em SiO2 e CAB-O-SIL® (Cab) foram sintetizadas com diferentes percentuais de metal pelo método da evaporação da amônia a fim de avaliar o efeito do tamanho de partícula nas propriedades estruturais e eletrônicas na reação de desidrogenação do etanol a acetaldeído. Esta reação por ser sensível à estrutura tem a ativação da ligação O-H, etapa determinante, favorecida por uma maior densidade eletrônica do centro metálico, característica de partículas muito pequenas. Assim, pode ser utilizada como reação modelo para avaliar o comportamento dos sítios Cu0. Os catalisadores sintetizados foram caracterizados por meio da: i) avaliação de propriedades estruturais através de DRX, TPR-H2, TPR-N2O, MET e EXAFS; ii) avaliação de propriedades eletrônicas por FTIR-CO, XPS, XANES; iii) avaliação de parâmetros cinético através de DFT. As propriedades estruturais e eletrônicas foram correlacionados com a atividade catalítica (TOFAcH) e energia de ativação aparente (Eap). Os catalisadores de Cu/SiO2 apresentaram partículas menores, mais dispersas e com menor grau de redução que os catalisadores Cu/Cab. Para ambas as séries, observa-se a presença do espalhamento Cu-O para as partículas com número de coordenação Cu-Cu (NCu-Cu) menor que 8. Os resultados de FTIR-CO e XANES indicaram um aumento do Cu+ quando NCu-Cu diminui com a distância de ligação Cu-Cu (RCu-Cu) de 1,842 (NCu-Cu = 4,4; NCu-O = 0,8) a 1,849 Å (NCu-Cu = 7,9; NCu-O = 0,3), sendo menor que para o Cu2O bulk (RCu-O = 1,855 Å). Os dados de EXAFS e FTIR-CO sugerem que as nanopartículas de Cu são formadas por uma estrutura tipo core-shell. A contração na RCu-O ocorre com a presença de O superficial interagindo com Cu+ na superfície do Cu core. Os valores de TOFAcH correlacionados com NCu-Cu sugerem um aumento de atividade com o aumento do tamanho de partícula, oposto ao esperado. Contudo, o decréscimo de NCu-Cu resulta no aumento do O superficial e decréscimo de RCu-O. Os valores de TOFAcH diminuem e Eap aumenta com o decréscimo de RCu-O e NCu-Cu, demonstrando que a presença O superficial causa um decréscimo na densidade eletrônica dos sítios de Cu0. Os resultados DFT indicam um maior calor de adsorção para o etanol (ΔHEtOH) em um cluster sem O na superfície (13Cu: -51,92 kJ.mol-1) em relação ao cluster contendo O (13Cu4O: -26,97 kJ.mol-1), enquanto a energia do estado de transição (TS) para formação do etóxido é constante. Os resultados sugerem que a etapa relevante para ativação do etanol é a adsorção do etanol, altamente sensível a presença de O na superfície. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq 159935/2015-6 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/8862923856608795 | por |