Resumen de Síntesi i caracterització de nanopartícules mono- i bimetàl?liques per aplicacions catalítiques
Raquel Nafria Soler
Els objectius inicials d’aquesta tesi eren: 1) desenvolupar nanocatalitzadors amb composició, geometria i propietats estructurals ben controlades, 2) estudiar vies per a la incorporació de les nanopartícules prèviament sintetitzades en suports d’elevada àrea superficial i 3) estudiar i correlacionar les propietats i el comportament catalític dels nanocatalitzadors model sintetitzats. Per aquest motiu en una primera etapa s’ha estudiat la preparació de nanopartícules metàl·liques disperses i accessibles, a partir de les quals s’han fet créixer matrius mesoporoses amb porositat controlada. Concretament s’ha estudiat el mètode mitjançant la síntesi col·loïdal de nanopartícules d’or com a fase activa i en òxid de titani com a suport model i d’ interès. La porositat i àrea superficial del suport (TiO2) s’ha controlat mitjançant derivats carboxilats aromàtics, els quals actuen com a espaiadors físics entre centres de titani, generant una xarxa híbrida orgànica- inorgànica intermèdia. Per tal d’eliminar els lligands orgànics i estabilitzar el material, aquestes mostres s’han calcinat en aire. Mitjançant difracció de raigs-X i àrea B.E.T, s’ha confirmat la formació d’una xarxa mesoporosa abans i després de l’etapa de calcinació. Aquests resultats corroboren la funció dels lligands orgànics com a directors d’estructura, ja que proporcionen estabilitat tèrmica al material i el prevenen contra el col·lapse de l’estructura mesoporosa. Els materials mesoporosos finals eviten i bloquegen el creixement i l’agregació de les nanopartícules d’or, per tant minimitzen la sinterització que normalment té lloc en l’etapa de calcinació i incrementen les interaccions entre les nanopartícules metàl·liques i el suport. Finalment s’ha estudiat el comportament catalític d’aquests materials en dues reaccions d’interès: reacció d’oxidació de CO i la reacció de Water Gas Shift (WGS). La bona accessibilitat de les nanopartícules d’or ha estat confirmada amb una elevada conversió de CO a COR2R a baixa temperatura en la mostra Au@TiOR2R(b). Els resultats obtinguts per espectroscòpia DRIFT mostren una banda única i ben definida en el catalitzador Au@TiOR2R(b), que s’associa a espècies AuP característic dels enllaços Au-O-Ti de la interfície metall-suport. En una segona etapa s’han sintetitzat nanopartícules de coure, cobalt i s’ha desenvolupat una síntesi per a la preparació de nanopartícules bimetàl·liques de cobalt-coure amb estructura core shell, Co@Cu. Aquesta síntesi es basa en la substitució d’àtoms de cobalt per àtoms de coure mitjançant una reacció de desplaçament galvànic, que ha permès modular la composició en la nanopartícula. Per a la preparativa del nanocatalitzador, les nanopartícules han estat incorporades en una matriu mesoporosa de SiOR2R a través del mètode de la inclusió capil·lar. Els elevats valors de dispersió obtinguts, confirmen la mida nanomètrica de les nanopartícules i l’eficiència del mètode per a la seva incorporació. Mitjançant l’anàlisi de reducció tèrmica programada, s’ha observat un únic pic de reducció en les mostres Co@Cu-SiOR2 en un rang de temperatures intermedis als catalitzadors monometàl·lics. Aquests perfils mostren una una elevada homogeneïtat de la mostra i un contacte íntim entre el cobalt i el coure en les nanopartícules Co@Cu, així com un efecte sinèrgic en la reducció del cobalt i del coure. L’estudi de l’evolució de les nanopartícules durant els diferents tractaments ha mostrat una segregació de les fases en la nanopartícula, Co@Cu, en funció del tractament aplicat: la reducció a pressió i temperatura ha mostrat la segregació del cobalt en superfície donant una estructura core-shell inversa a la de les nanopartícules inicials. Finalment s’ha estudiat el comportament catalític en la reacció d’hidrogenació de CO2. Els nanocatalitzadors han mostrat capacitat per a la formació d’enllaços C-C i la formació d’alcohols, fet que posa de manifest un comportament sinèrgic i bifuncional en els centres bimetàl·lics. Tot i que , els resultats obtinguts en les conversions de CO2 R indiquen que la presència de cobalt en superfície és necessari per poder millorar el rendiment catalític d’aquest materials.
