Síntese e caracterização de nanopartículas bimetálicas de Fe/Pt preparadas em líquidos iônicos para produção seletiva de hidrocarbonetos por FISCHER-TROPSCH

Abstract

A possibilidade de adaptar as estruturas eletrônicas e geométricas de nanoparticulas pela adição de um segundo metal é uma das abordagens mais importantes para obtenção de catalisadores mais eficientes. Líquidos iônicos de base imidazol, como 1-butil-3-metilimidazol de tris(pentafluoroetil) trifluorofosfato (BMI.NTF2), hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazol (BMI.PF6) e tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazol (BMI.BF4) foram usados como suportes para preparar nanopartículas core-shell de Fe/Pt com 1.7 nm, 1.8 nm e 2.5 nm de diâmetros por redução/hidrogenação do complexo de Ferro(0) Pentacarbonil e [tris(dibenzilidenoacetona) bisplatina(0)] a 120°C sob pressão de hidrogênio (30 bar) por 18 horas. As propriedades físico-químicas dos LIs apresentam significativa influencia no tamanho, forma e relação platina/ferro das NPs. As nanopartículas bimetálicas (isoladas de LIs) foram caracterizadas por Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS), Análise de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia Mössbauer, Análises de Magnetização, Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM e STEM), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X (XPS), Espectroscopia de Absorção de raios X (XAS) e Redução Termoprogramada (TPR). Essas análises confirmaram que as NPs apresentam estrutura do tipo core-shell FexOy@Pt. A atividade catalítica foi avaliada quanto a síntese gasosa Fischer-Tropsch utilizando gás de síntese (CO/H2) em uma célula DRIFT. Os catalisadores apresentaram atividade catalítica eficaz (15-34% de conversão) para produção seletiva de parafinas com baixo peso molecular (C1-C6).

The possibility of tailoring the electronic and geometric structures of monometallic nanoparticles (NPs) by the addition of a second metal is one of the most important approaches to obtaining more efficient catalysts. Imidazolium-based ionic liquids such as 1-Butyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate (BMI.NTf2), 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMI.PF6) and 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMI.BF4) have been used as templates to prepare core-shell bimetallic Fe/Pt nanoparticles with 1.7nm, 1.8 nm and 2.5 nm diameters by reduction/hydrogenation of [iron(0) pentacarbonyl] and [tris(dibenzilydeneacetone)bisplatinum (0)] complexes at 120°C under hydrogen (30 bar) for 18h. As a result, organic hydrocarbons were formed as side products, which has poor coordination properties to the surface of nanoparticles produces and were easily removed under vacuum. Physiochemical properties of the ILs have profound on the size, shape and platinum/iron ratio. These bimetallic NPs (Isolated from ILs) were characterized by Thermo Gravimetric Analysis (TGA), Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), X–Ray Diffraction (XRD), Mössbauer Spectroscopy, SQUID magnetization analyses, Transmission Electron Microscopy (TEM and HAADF-STEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and Temperature-Programmed Reduction (TPR). These analyses confirm that these nanoparticles have a core-Shell FexOy@Pt structure. Their catalytic activity was evaluated against gas phase Fischer-Tropsch synthesis using synthesis gas (CO/H2) in DRIFT cell. These catalysts showed efficient catalytic activities (15-34% Conv.) to produce highly selective low molecular weight paraffins (C1-C6).