Estudo do óxido misto de cério-zircônio para aplicação em catálise

Abstract

O principal desafio em catálise heterogênea é a correlação entre estrutura e atividade catalítica. Nesse trabalho é apresentado uma nova rota sintética para obtenção dos óxidos mistos de cériozircônio correlacionando os dados experimentais obtidos com os dados teóricos da literatura. Assim, podemos demonstrar os efeitos de nanoestrutura e as propriedades estruturais do óxido misto em relação a uma reação química. A principal inovação na metodologia sintética para materiais a base de céria contendo metal de transição foi utilizando um modelador orgânico para a formação das nanoestruturas dos óxidos mistos. A grande diferença do óxido misto e do óxido simples de cério está nas propriedades catalíticas. A princípio a inserção de um átomo metálico, em particular o zircônio, modifica as propriedades físico-químicas, como por exemplo o número de defeitos cristalinos, propriedades redutoras e, consequentemente, modificando a atividade catalítica. Uma propriedade interessante desses óxidos são os planos cristalinos ativos e as características locais que apresentam uma atividade catalítica aprimorada. A forma de escolher essas facetas cristalográficas é a modificação do procedimento sintético para a formação de nanoestrutura, em particular, nanotubos e nanopartículas. A exposição dos planos facilita a reação de oxidação, pois diminui a energia de formação de vacância. Essa propriedade pode ser verificada pela redução a temperatura programada acoplada a espectrometria de massa (TPR/MS), de modo que é possível avaliar a reação entre o hidrogênio molecular com a superfície, demonstrando a atividade de cada catalisador e correlacionando com as nanoestruturas. Por outro lado, a relação direta entre a área superficial e a atividade catalítica ainda não está totalmente explicada, pois outros fatores como a presença de defeitos e quais são os planos cristalinos expostos com a quebra da simetria de translação ainda não estão totalmente esclarecidos. Assim, é necessário realizar uma síntese em que os catalisadores apresentem uma variação nas propriedades texturais para verificação do real efeito da área superfícial em comparação as vacâncias de oxigênio analisada a partir da espectroscopia Raman. A reação típica para a aplicação dos catalisadores a base de cério será a degradação do material particulado do Diesel, por ser um importante agente de poluição da atmosfera terrestre. A capacidade catalítica é fornecida pela oxidação a temperatura programada acoplada a espectroscopia de massa (TPO/MS). Esta técnica permite sugerir o mecanismo de oxidação do material particulado, bem como os produtos da reação.