Catalisadores de CuO/CeO2 promovidos com Au e Pt - estudo do impacto da interface e das propriedades eletrônicas do Cu no desempenho catalítico na reação de CO-PROX

dc.contributor.advisor-co1Gomes, Janaina Fernandes
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6718634914051168por
dc.contributor.advisor1Assaf, José Mansur
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9563312407691130por
dc.contributor.authorCruz, Aline Rodrigues Miranda
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2338318076586637por
dc.date.accessioned2021-08-31T20:27:49Z
dc.date.available2021-08-31T20:27:49Z
dc.date.issued2020-05-06
dc.description.abstractThe copper-ceria system has been extensively investigated to be used as a catalyst in the preferential oxidation of CO reaction (CO-PROX), aiming the purification of H2 streams from reformed fuels, due to its oxygen storage capacity and redox properties. However, many aspects of these catalysts must be better understood, such as the impact of successive redox cycles on the copper-ceria interaction, the role played by copper species in the CO-PROX reaction mechanism and the effect of adding noble metals to CuO/CeO2 catalysts in the properties and performance in the reaction. These issues were addressed in this thesis. CuO/CeO2 catalysts with 1 to 3% of copper promoted or not with Au and Pt were synthesized by different methods, characterized by physical-chemical techniques, and applied in the PROX reaction. The results showed that the stability of the CuO/CeO2 interface, submitted to successive redox cycles, is important to the CO-PROX reaction and that this stability depends on the employed synthesis method. For co-precipitated materials, it was verified that the CO-PROX reaction is impacted by the nature of the Cu species, which may vary with the reaction temperature, depending on the amount of metal in the material. From these results, it was proposed a new PROX reaction mechanism for these materials. In addition, our results indicated that the materials synthesized by impregnation and co-precipitation follow different preferential pathways in the PROX reaction. After understanding these aspects, the effect of adding Au and Pt to Cu/ceria catalysts was evaluated. The increase in gold content from 0% to 0.75% worsened the performance in the CO-PROX reaction, which may be associated with the gold particle size, higher than 10 nm, and the possible blocking of Cu sites by deposition of Au, resulting in less interaction between Au-Cu-Ce. The promotion of the CuO/CeO2 catalyst with platinum also did not bring benefits in the ideal CO-PROX reaction, which can be explained by the stability of the Pt0-CO bond up to 120 ºC during the reaction. On the other hand, with the addition of CO2 and water in the reaction stream, i.e. under real CO-PROX conditions, the PtCu bimetallic material showed a promising result up to 120 ºC, with greater resistance to the presence of these reactants. Therefore, this thesis provides a new perspective on the redox property, on the CO-PROX reaction mechanism and on the addition of noble metals on CuO/CeO2 catalysts, based on consistent results of in situ and ex situ characterizations.eng
dc.description.resumoO sistema cobre-céria tem sido extensivamente investigado para ser usado como catalisador na reação de oxidação preferencial de CO (CO-PROX), que visa a purificação de correntes de H2 provenientes de combustíveis reformados, devido à sua capacidade de armazenamento de oxigênio e propriedades redox. No entanto, muitos aspectos desses catalisadores devem ser mais bem compreendidos, como o impacto de sucessivos ciclos redox na interação cobre-céria, o papel desempenhado pelas espécies de cobre no mecanismo da reação CO-PROX e o efeito da adição de metais nobres aos catalisadores CuO/CeO2 nas propriedades e desempenho na reação. Essas questões foram abordadas nesta tese. Catalisadores de CuO/CeO2 com 1 a 3% de cobre promovidos ou não com Au e Pt foram sintetizados por diferentes métodos, caracterizados por técnicas físico-químicas e aplicados na reação de CO-PROX. Os resultados mostraram que a estabilidade da interface CuO/CeO2, submetida a ciclos redox sucessivos, é importante para a reação de CO-PROX e que essa estabilidade depende do método de síntese empregado. Para os materiais co-precipitados, verificou-se que a reação de CO-PROX é impactada pela natureza das espécies de Cu, que podem variar com a temperatura reacional, dependendo da quantidade de metal no material. A partir desses resultados, foi proposto um novo mecanismo de reação de CO-PROX para esses materiais. Além disso, os nossos resultados indicaram que os materiais sintetizados por impregnação e co-precipitação seguem diferentes caminhos preferenciais na reação de CO-PROX. Após a compreensão desses aspectos, foi avaliado o efeito da adição de Au e Pt a catalisadores de Cu/céria. O aumento no teor de ouro de 0% para 0,75% piorou o desempenho na reação de CO-PROX, o que pode estar associado ao tamanho de partícula de ouro, maior que 10 nm, e a um possível bloqueio de sítios de Cu pela deposição de Au, resultando em menor interação entre Au-Cu-Ce. A promoção do catalisador de CuO/CeO2 com platina também não ocasionou benefícios à reação de CO-PROX ideal, o que pode ser explicado pela estabilidade da ligação Pt0-CO até 120 ºC durante a reação. Por outro lado, com a adição de CO2 e água à corrente reacional, ou seja, sob condições de CO-PROX real, o material bimetálico de PtCu apresentou resultado promissor até 120 ºC, com maior resistência à presença desses reagentes. Portanto, esta tese fornece uma nova perspectiva sobre a propriedade redox, o mecanismo da reação de CO-PROX e a adição de metais nobres a catalisadores de CuO/CeO2, embasada por resultados consistentes de caracterizações in situ e ex situ.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipIdCNPQ: 153791/2016-0por
dc.identifier.citationCRUZ, Aline Rodrigues Miranda. Catalisadores de CuO/CeO2 promovidos com Au e Pt - estudo do impacto da interface e das propriedades eletrônicas do Cu no desempenho catalítico na reação de CO-PROX. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/14832.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/14832
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectReação de CO-PROXpor
dc.subjectCatalisadores de CuO/CeO2por
dc.subjectNanopartículas de ouropor
dc.subjectNanopartículas de platinapor
dc.subjectCO-PROX reactioneng
dc.subjectCuO/CeO2 catalystseng
dc.subjectGold nanoparticleseng
dc.subjectPlatinum nanoparticleseng
dc.subjectDRIFTS in situeng
dc.subjectXANES in situeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.titleCatalisadores de CuO/CeO2 promovidos com Au e Pt - estudo do impacto da interface e das propriedades eletrônicas do Cu no desempenho catalítico na reação de CO-PROXpor
dc.title.alternativeCuO/CeO2 catalysts promoted with Au and Pt - study of the impact of the interface and electronic properties of Cu on the catalytic performance in the CO-PROX reactioneng
dc.typeTesepor

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