Estudo de propriedades catalíticas de nanoestruturas metálicas preparadas sobre óxidos de ferro na reforma de metano e etanol

Resumo

Catálise é uma importante área tecnológica responsável por uma fração significativa da economia de países desenvolvidos. Nas reações catalíticas heterogêneas, o catalisador na maioria das vezes é composto por nanopartículas ativas de metais nobres e de transição, tais como Pd, Pt, Ag, Rh, que são suportadas sobre superfícies de óxidos com grande área superficial, tais como as zeólitas. Uma particular reação de grande importância tecnológica é a reforma do metano para a produção de outros hidrocarbonetos ou mesmo hidrogênio para célula combustível (water-gas shift reaction). Esta reação também pode ter conseqüências importantes a longo prazo para o seqüestro de carbono da atmosfera, visto que o metano é um gás muito mais danoso para o efeito estufa se comparado com o gás carbono. Muitos catalisadores têm sido pesquisados para esta reação, no entanto ainda se entende muito pouco sobre os mecanismos físico-químicos que relacionam por exemplo o tamanho da partícula e sua atividade, temperatura de ativação da reação, bem como quais sítios da superfície são ativos. Em alguns casos o processo catalítico depende da própria superfície do óxido suporte e de sua direção cristalográfica ou terminação atômica e não apenas da nanopartícula metálica. Tais informações tradicionalmente são obtidas estudando-se catalisadores reais, mas devido a complexidade e número de parâmetros envolvidos nestes sistemas isto é feito de forma quase que empírica; sendo difícil isolar o efeito mesmo com estudos sistemáticos. Isto pode levar em alguns casos à conclusões erradas ou ambíguas. Uma estratégia adotada por muitos grupos no mundo está em estudar algumas potenciais reações via catalisadores modelo. Neste caso, o catalisador é projetado em condições controladas. Primeiro cria-se uma superfície de óxido ordenado com uma direção cristalográfica específica e bem caracterizada. Sobre esta superfície são depositadas as nanopartículas de interesse, e finalmente o sistema é caracterizado e testado com relação as suas propriedades catalíticas. Neste projeto de pós-doutorado, iremos estudar a atividade catalítica de nanopartículas de metal nobre como Pd, Pt e Rh no processo de reforma de metano. O catalisador modelo como descrito anteriormente será crescido em condições de ultra alto vácuo (UHV) sobre a superfície de filmes ultrafinos de óxido de Ferro suportado em Ag(111) e Ag(100). É possível obter diferentes fases do óxido dependendo das condições de crescimento. Será feito uma caracterização eletrônica e estrutural utilizando técnicas de espectroscopia de elétrons (XPS, XPD). A morfologia das nanopartículas será obtida com microscopia de tunelamento de elétrons (STM). Por fim a caracterização comparativa da atividade das diferentes superfícies será investigada por Dessorção térmica Programada (TPD).