Propriedades eletrônicas e estruturais do Cu/ZrO2 aplicadas à reação do etanol

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

22/06/2012

RESUMO

O cobre é um catalisador típico para desidrogenação do etanol a acetaldeído. Entretanto, o cobre suportado na ZrO2 revelou ser um catalisador extremamente ativo e seletivo para transformar o etanol diretamente em acetato de etila. Diversos relatos na literatura têm sido feitos na tentativa de explicar a propriedade catalítica do sólido Cu/ZrO2. Contudo, a natureza dos sítios ativos, o papel do cobre, da ZrO2 e de sua interface necessitam de estudos mais aprofundados com o emprego de técnicas mais precisas. Pois, a identificação precisa dos sítios ativos para a ocorrência desta reação é o primeiro passo para a proposição de mecanismos que ajudem a compreendê-la. Neste trabalho estudamos o cobre suportado em três diferentes polimorfos puros da ZrO2: monoclínica (m-ZrO2), tetragonal (t-ZrO2) e amorfa (am-ZrO2). Dessa forma, a interação da fase cobre com a ZrO2 estaria limitada às variações nas propriedades texturais, estruturais e eletrônicas intrínsecas de cada polimorfo, e não de composição química caso optássemos por outros suportes óxidos. Com uma proposta inovadora e desafiadora, o presente trabalho se desenvolveu pelo uso de técnicas de caracterizações avançadas da estrutura e do estado eletrônico do Cu/ZrO2 ativado em H2. A abordagem analítica adotada para a caracterização do Cu/ZrO2 foi centrada no monitoramento de sua ativação in situ durante redução à temperatura programada em H2 por meio da técnica Síncrotron - Absorção de raios X. Apesar das reações em catálise heterogênea procederem sobre a superfície do sólido ativo, as propriedades de superfície podem ser influenciadas ou determinadas pelo seu volume mássico interno (bulk). Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X e espectroscopia de refletância difusa na região do infravermelho com transformada de Fourier do CO adsorvido foram utilizadas para caracterização superficial dos catalisadores Cu/ZrO2 ativos. Testes catalíticos mostram que a formação direta e eficiente de acetato de etila a partir do etanol depende de uma interface química entre Cu-ZrO2, contudo constatou-se que não seria qualquer interface que levaria ao alto desempenho ao acetato de etila nesses catalisadores. A propriedade de interface Cu-ZrO2 varia conforme o tipo polimórfico da ZrO2, sendo o melhor desempenho na formação do acetato de etila observado no catalisador Cu/m-ZrO2. A perda precoce em seletividade ao acetato de etila observada em temperaturas superiores a 250 oC no Cu/m-ZrO2 revelou que a origem da propriedade dessa interface pode estar associada com a mobilidade e labilidade do oxigênio do bulk do catalisador. Por meio do mecanismo redox promovido pelas vacâncias oxigênio no am-ZrO2 e no m-ZrO2, uma transferência eletrônica entre suporte e Cu superficial seria estabelecida a ponto de formar espécies altamente ativas ao acetato de etila.

ASSUNTO(S)

acetato de etila xas in situ hidrogênio xps engenharia quimica catálise etanol

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