Nanopartículas coloidais de cobre-ouro : considerações sobre a formação da liga e aplicação na reação de oxidação de CO

Orientador: Daniela ZanchetTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: A catálise é uma área de plena ascensão no cenário científico atual. Desta forma, o desenvolvimento de novos catalisadores e a compreensão das modificações do material durante o processo catalítico tornam-se áreas de pesquisa extremamente atrativas. Diante deste panorama, o objetivo geral deste trabalho foi a utilização do sistema bimetálico cobre-ouro (AuCu) como um catalisador modelo para aplicação em catálise heterogênea, buscando a compreensão dos mecanismos envolvidos na formação da liga AuCu e sua posterior aplicação em catálise. Primeiramente buscou-se a síntese, caracterização e compreensão do mecanismo de formação da liga AuCu, pelo método coloidal utilizando a estratégia one-pot. Durante esta etapa do projeto foram realizados ensaios de absorção de raios-x in situ durante a formação das nanopartículas identificando as etapas cruciais no processo de formação de AuCu. Após a identificação dos pontos críticos envolvidos durante a síntese foi possível aperfeiçoar o processo obtendo partículas esféricas e homogêneas com diâmetro em torno de 14 nm e composição de Au0,75Cu0,25, Au0,60Cu0,40 e Au0,50Cu0,50 alterando a temperatura final de reação. Utilizando diversas técnicas de caracterização, foi possível identificar o mecanismo de formação como um processo digestion ripening-like, onde uma fase enriquecida com cobre é formada juntamente com nanopartículas de ouro e, com o andamento da reação, esta fase é completamente digerida e a partícula enriquecida com cobre pela difusão em estado sólido. Após a compreensão dos aspectos fundamentais envolvidos na síntese, as partículas produzidas foram suportadas em sílica e alumina e aplicadas em reação de oxidação de CO, onde as amostras apresentaram elevada conversão e estabilidade em condições reacionais. Ensaios alternando ciclos reacionais e pré-tratamentos redox comprovaram o processo de segregação da liga AuCu, fato que está intimamente relacionado à sua capacidade catalítica bem como à estabilidade do catalisador em condições reacionais Combinando as técnicas de absorção e difração de raios-x in situ foi possível comprovar o efeito do suporte no processo de segregação/ re-formação da liga AuCu durante condições reacionais e pré-tratamentos, uma característica extremamente importante que abre novos horizontes para a aplicação de ligas metálicas na catálise heterogêneaAbstract: Catalysis is n important area in the current scientific scenario. Thus, the development of new catalysts and understanding of the material changes during the catalytic process becomes an extremely attractive research area. Since this, the aim of this work was the use of gold-copper (AuCu) nanoparticles as a model catalyst for use in heterogeneous catalysis, seeking to understand the mechanisms involved in the AuCu alloy formation and its subsequent application in catalysis. Firstly, the AuCu alloy was synthesized characterized to understand the formation mechanism of AuCu alloy by the colloidal method using the one-pot approach. During this step of the project were performed tests using the X-Ray Absorption in situ on the formation of nanoparticles identifying the crucial steps in the AuCu nanoparticles formation process. After the identification of the the critical steps involved in the synthesis it was possible to improve the process obtaining spherical and homogeneous nanoparticles with a diameter of around 14 nm and composition Au0,75Cu0,25, Au0,60Cu0,40 and Au0,50Cu0,50 changing the reaction final temperature. Using different characterization techniques, it was possible to identify the mechanism of formation as a digestion ripening-like process where a copper-riched phase is formed with gold nanoparticles, and with the progress of the reaction, this phase is completely digested and the particle enriched with copper by the solid state diffusion. After understanding fundamental aspects involved on the synthesis, the AuCu nanoparticles were supported on alumina and silica and applied to CO oxidation reaction, where the samples showed high conversion and stability at reaction conditions. Were performed tests alternating reaction cycles and redox pretreatments that proved the process of segregation of AuCu alloy, which is closely related to the catalytic potential and the stability of the catalyst in the reaction conditions. Combining the techniques of of x-ray absorption and diffraction in situ it was possible to prove the effect of the support on the process of alloying/ dealloying of AuCu nanoparticles during reaction conditions and pretreatments, an extremely important feature that opens new horizons for the application of metallic alloys in heterogeneous catalysisDoutoradoQuimica InorganicaDoutora em Ciências870359/1997-599999.01376/2013-02CNPQCAPE