Controle de sintering em nanopartículas de Cu/MgO

Abstract

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.