Uma nova proposta para evitar sintering de nanopartículas em catálise

Sintering is a process whereby nanoparticles increase their size and reduce their number under high temperatures. Since catalytic activity depends on the number of active sites, and those lie on the surface of nanoparticles, the most detrimental consequence of sintering for catalysis is the loss of surface area, which reduces the number of active sites. Sintering is the main cause of catalyst deactivation and the current prevention strategies demand specific synthesis methods, modification of the chemical properties of the nanoparticles or nanostructuring of supports. A new proposal for the prevention of sintering of nanoparticles, easily reproducible, is presented and applied to Cu nanoparticles supported on MgO. A combination of XRD, in situ EXAFS and TEM shows the prevention of sintering of Cu nanoparticles under H2 atmosphere at 300◦C. In situ timeresolved XANES and XPS techniques were used to investigate the possibility of catalyst poisoning due to the strategy employed. The results show no evidence of poisoned species. Furthermore, by modelling the system with Monte Carlo simulations, it was possible to reproduce sintering prevention and to propose a possible mechanism whereby the method operates, besides getting a better picture of the pertinent parameters value range that allows sintering prevention.Sintering e um processo pelo qual nanopartíıculas aumentam o seu tamanho e reduzem seu numero sob altas temperaturas. Como a atividade catalítica depende do número de síıtios ativos, e estes se encontram na superfície das nanopartículas, a consequência mais prejudicial do sintering para catalise é a perda de área superficial, que reduz o número de sítios ativos. Sintering e a principal causa de desativacão de catalisadores e as estratégias de prevenção atuais demandam métodos de síntese específicas, modificação das propriedades quíımicas das nanopartíıculas ou nanoestruturação dos suportes. Uma nova proposta para a prevenção de sintering de nanopartículas, facilmente reproduzível, e apresentada e aplicada a nanopartículas de Cu suportadas em MgO. Uma combinação de medidas de XRD, EXAFS in situ e TEM demonstra a prevenção de sintering das nanopartículas de Cu sob atmosfera de H2 a 300◦C. As técnicas de XANES in situ resolvido no tempo e XPS foram utilizadas para explorar a possibilidade de envenenamento do catalisador devido a estratégia empregada. Os resultados indicam que não há qualquer composto envenenado. Ademais, modelando o sistema utilizando simulações de Monte Carlo foi possível reproduzir a prevenção de sintering e propôr um mecanismo pelo qual o método opera, além de se obter uma figura mais ampla do intervalo de valores de parâmetros que permitem a prevenção de sintering

Controle de sintering em nanopartículas de Cu/MgO

Sintering é o aumento do tamanho médio de partículas, que ocorre tipicamente em altas temperaturas. Esse efeito é a principal causa de desativação de catalisadores, dado que reações catalíticas geralmente necessitam de temperaturas elevadas. O sintering provoca a redução de área superficial, onde ocorrem as reações, levando à perda de atividade catalítica. Dado que o sintering é geralmente irreversível, sua prevenção é essencial para o desenvolvimento de catalisadores mais eficientes e duradouros. Os métodos abordados na literatura para prevenir sintering geralmente envolvem mudanças nas propriedades químicas e físicas das nanopartículas, podendo levar à prejuízos na atividade catalítica e seletividade. Neste trabalho, um método inédito é proposto com o intuito de prevenir a ocorrência de sintering em nanopartículas de Cu/MgO. As amostras foram expostas a uma atmosfera de H2 à 300 C. Nessa reação química, o H2 tende a ceder elétrons para algumas espécies da amostra, levando à diminuição da carga formal destas espécies. Denomina-se essa reação por tratamento redutor, que é um procedimento muito comum para a ativação de catalisadores. As técnicas de difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão foram usadas para determinar o tamanho médio das nanopartículas antes e após a redução. Os resultados obtidos mostram a prevenção de sintering em ao menos uma das amostras, indicando que o método é promissor no combate ao sintering. O método pode ser aplicado para outros sistemas, impactando fortemente no desenvolvimento de novos catalisadores.Sintering is the increase of the mean particle size, which typically occurs at high temperatures. It is the main reason for catalyst deactivation, since catalytic reactions usually occur at elevated temperature regimes. Sintering leads to reduction of superficial area, where the reactions occur, resulting in a decrease of the catalytic activity. Since sintering is generally irreversible, its prevention is essential for the development of more efficient and lasting catalysts. The main approaches found in the literature for sintering prevention involve changes in chemical and physical properties of nanoparticles, potentially leading to damage for the catalytic activity and selectivity. In this work, a new method is proposed aiming to prevent sintering in Cu/MgO nanoparticles. The samples were exposed to a reduction treatment at 300 C. In this chemical reaction, H2 tends to give electrons to some species of the sample, leading to the decrease of formal charge in this species. This reaction is denominated by reducing treatment, which is a very common procedure for the activation of catalysts. X-ray diffraction and transmission electron microscopy techniques were used to determine nanoparticles mean size before and after reduction treatment. The results show no signs of sintering in at least one of the samples, indicating that this is a promising method for sintering prevention. The method could possibly be adapted to other systems, impacting strongly on the development of new catalysts