Neste trabalho foram desenvolvidas sínteses de ZrO2-x%CeO2, baseadas na preparação da sílica mesoporosa ordenada SBA-15, utilizando um molde de co-polímero tribloco Pluronic P-123, diversos precursores de zircônio e cério e diferentes métodos. Os métodos de síntese testados foram com: precursores a base de cloreto hidratado (com x=50, 70 e 90), precursores a base de cloreto anidro (x=50 e 90), precursores a base de nitrato (x=90), solução supersaturada de nitrato (x=90), do tipo híbrido com Zr, Ce e Si (com 10%mol de Si e x=90), paliçada de Si (com 10 e 30%mol de Si e x=90) e paliçada de Si com temperatura de síntese de 40°C (com 30%mol de Si e x=90). Visando obter paredes compostas por fase cristalina única e grande área supercial, para futuras aplicações em catálise. Os compósitos polímero/(zircônio-cério) sintetizados a partir de cloretos formam uma estrutura lamelar organizada, que se transforma num sistema poroso desordenado após a calcinação para a retirada do molde. O processo de decomposição/remoção do molde até 540°C produz mudanças de fase nos precursores a base dos metais utilizados, além das transformações morfológicas. Para uma concentração de 90% de CeO2 obtém-se um material poroso com paredes homogêneas de estrutura fcc e de maior estabilidade mecânica. Os valores de área supercial e volume de poros dependem fundamentalmente do método de preparação do material e independem da concentração de CeO2. Aumentos signicativos da área supercial (~100m²/g) e do volume de poros (~0,4cm³/g) são obtidos a partir da introdução de sílica nesses sistemas. Foram alcançados área supercial aproximadamente 6 vezes maior e tamanho de cristalito ~4 vezes superior à do material similar nanocristalino preparado por gel-combustão. Esses valores também são iguais aos reportados para os melhores materiais porosos a base de zircônia-céria, preparados por outros métodos, encontrados na literatura. / In this work synthesis of ZrO2-x%CeO2 were developed, based on the formation of ordered mesoporous silica SBA-15, using the triblock co-polymer Pluronic P-123 as template, different precursors of zirconium and cerium and dierent methods. The tested synthesis methods were with: hydrated chloride precursors (with x=50, 70 and 90), anhydrous chloride precursors (x=50 and 90), nitrate precursors (x=90), supersaturated nitrate solution (x=90), hybrid type with Zr, Ce and Si (with 10%mol of Si and x=90), Si palisade (with 10 and 30%mol of Si, and x=90) and Si palisade with synthesis temperature of 40°C (with 30%mol of Si and x=90). Aiming to obtain crystalline single phase walls and large supercial area, for future applications in catalysis. The composites polymer/zirconium-cerium synthesized from chloride precursors formed an organized lamellar structure, which transforms into a disordered porous system after the calcination to remove the template. The template decomposition/removal up to 540°C produces phase transformations in the metallic precursors, besides morphological changes. A CeO2 content of 90% resulted in a porous material with homogeneous walls of fcc structure and better mechanical stability. The values of supercial area and pore volume depend mostly on the preparation method rather than the CeO2 concentration. Signicant increases on supercial area (~100m²/g) and pore volume (~0.4cm³/g) were obtained with the introduction of silica into the material. Supercial area ~6 times larger and crystallite size ~4 times superior to a nanocrystalline similar material, made by gel-combustion were attained. These figures are also equal to the ones reported for the best porous zirconia-ceria materials, prepared by other routes, found in the literature.

Compósitos mesoporosos de ZrO2-CeO2 estão sendo desenvolvidos devido às suas excelentes propriedades morfológicas e estruturais, necessárias para várias aplicações, que incluem sensores de gás, catálise automotiva e ânodos de células a combustível de óxido sólido. Nesse trabalho foi desenvolvido um novo método de síntese sol-gel com template cooperativo utilizando o polímero tribloco P-123 e os cloretos de Zr/Ce como precursores dos óxidos. Foram sintetizados ZrO2-x(mol)%CeO2 com x = 50, 70 e 90% de CeO2, uma vez que esses materiais apresentam melhores características para aplicações catalíticas. Dois processos de calcinação diferentes foram testados (até 540 e 400ºC). O NiO (60% m/m) foi impregnado para que o material obtenha a condutividade eletrônica necessária para aplicação em ânodos de SOFC. Os resultados de difração de raios X indicaram sistemas cuja fase cristalográfica predominante é a cúbica tipo fluorita (a fase tetragonal é minoritária). Fase única cúbica foi obtida para 90% de CeO2 após a calcinação até 400ºC. Dentre as características morfológicas dos materiais calcinados até 540ºC, os resultados de adsorção/dessorção de N2, imagens de microscopia eletrônica e espalhamento de raios X a baixos ângulos apresentaram aglomerados cristalinos de ZrO2-CeO2, formando um sistema mesoporoso bicontínuo, aleatéorio e sem forma definida, homogêneo em composição, com área superficial intermediária (30-40 m2/g), com alta dispersividade de poros/partículas. A calcinação a 400ºC apresentou menor dispersividade, menor tamanho de poros e maior área superficial (> 100 m2/g). O recobrimento da matriz de ZrO2-CeO2 pelas nanopartículas de NiO é superficial, sem obstrução ou preenchimento dos poros. A partir da redução à temperatura programada, observou-se que independentemente do conteúdo de CeO2, a porcentagem de redução do Ce4+ foi maior e ocorreu a menores temperaturas (início da redução em 300ºC) do que o padrão de CeO2 (750ºC). Esse comportamento se repete com as amostras após a incorporação com NiO, que se reduz a Ni também em baixas temperaturas (320ºC). A atividade catalítica para conversão do CH4 em oxidação total foi similar para ambas temperaturas de calcinação, para 90% de CeO2, atingindo 50% de conversão de CH4 para ~ 540ºC. Nos experimentos de absorção de raios X in-situ, na borda K do Ni e na borda LIII do Ce, foi possível observar que todos os conteúdos de CeO2 são ativos para oxidação parcial e total de CH4, assim como decomposição do CH4 e oxidação do CO, que ocorreu em torno de 600ºC. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram que, materiais com alto conteúdo de CeO2, apresentam baixa resistividade, de 0,97 cm2 a 750ºC em atmosfera de 5% CH4/3\\%H2O/N2. Portanto, o material desenvolvido neste trabalho apresenta as melhores propriedades morfológicas, estruturais, elétricas e catalíticas relatadas na literatura para aplicações como ânodo de SOFC e catalisador, comparado a materiais similares relatados na literatura. / Mesoporous ZrO2-CeO2 composites are being developed due to their excellent morphological and structural properties, which are necessary for their use in several applications, including gas sensors, three way catalysts (TWC) and solid oxide fuel cells (SOFCs). In this work a new synthesis method was developed based on a template cooperative sol-gel approach, using the tri-block polymer P-123 and Zr/Ce chlorides as the oxides\' precursors. Since high cerium oxide quantities lead to better catalytic performance, the ZrO2-x(mol)%CeO2 were synthesized with x = 50, 70 and 90. Two different calcination processes were tested (until 540 and 400 ºC). NiO was impregnated in order to obtain enough electronic conductivity for their application as SOFC anodes. X-ray diffraction results showed that these systems are biphasic and crystallized preferentially into cubic fluorite type structure together with smaller quantities of the tetragonal zirconia-ceria phase. A 100% cubic phase was retained for 90% of CeO2 after 400 ºC calcination. Textural and morphological characteristics for 540ºC calcination evaluated from N2 sorption, electronic microscopy images and small angle X-ray scattering revealed a two-density (pores/particles) random crystalline clusters of mesoporous ZrO2-CeO2, with homogeneous composition, average superficial area (30-40 m2/g), high dispersivity of pores/particle sizes. Calcination until 400 ºC presented a narrower pore size distribution and smaller pores, with higher superficial area (> 100 m2/g). It was observed that NiO particles formed an uniform layer over the ZrO2-CeO2 without filling or blocking the zirconia-ceria pores. Temperature programmed reduction experiments showed that for all ceria contents the reduction percentage of Ce4+ species in the samples was higher and at lower temperatures (beginning of reduction at 300 ºC) than standard CeO2 (750 ºC). After NiO impregnation this behavior was similar, with NiO reducing at lower temperatures (320 ºC) as well. Catalytic activity for methane total oxidation reaction was similar for both calcination temperatures, for 90% CeO2, showing 50% of CH4 conversion around 540 ºC. Absorption X-ray in-situ experiments at Ni K-edge and Ce LIII-edge showed that all ceria contents are active for total and partial methane oxidation, CH4 decomposition and CO oxidation at 600 ºC. Electrochemical impedance spectroscopy measurements showed low resistivity for higher ceria content, 0,97 Ocm2 at 750 ºC in 5% CH4/3% H2O/N2 atmosphere. Resuming, the material developed in this work presents the best morphological, structural, electrical and catalytical properties for applications as SOFC anode and catalyst, compared to similar materials reported in the literature.

O desenvolvimento de novas tecnologias para produção de combustíveis é assunto de vital importância, principalmente quando se trata de combustíveis de fontes limpas e renováveis. Nesse aspecto, surge o hidrogênio (H2), tecnologia limpa, vindo de fontes renováveis, como o etanol. Para a obtenção do H2 a partir do etanol, destaca-se a reforma a vapor. No entanto, a reforma a vapor apresenta alguns desafios como maximização da conversão e seletividade em H2, além da minimização na formação de carbono e dos seus precursores (acetaldeído e acetona), uma vez que a formação de carbono pode levar a perda da atividade do catalisador. Nesse contenxto, a ideia deste trabalho é desenvolver catalisadore a base de níquel (Ni) suportados em céria (CeO2) dopados com os lantanídeos gadolínio (Gd), samario (Sm) e neodímio (Nd) para aplicação na reforma a vapor do etanol de modo a aumentar a conversão do etanol e a seletividade em H2, bem como minimizar a formação de carbono e de seus percursores. Para isso, fixou-se o teor de Ni em 5% e variou-se os teores do dopantes em 1%, 5% e 10%, também sintetizou-se o catalisador sem presença de dopante para comparação. A partir desses catalisadores, fez-se a caracterização e os testes catalíticos a 400, 500 e 600 °C. Percebeu-se a formação de solução sólida para todos os dopantes (Gd, Sm e Nd), por meio da expansão dos parâmetros de rede, na qual a expansão de rede aumentou com o aumento do teor de dopante e com o aumento do raio iônico do dopante. A adição de 1% de dopante para os catalisadores dopados com Sm e Nd levaram a um aumento significativo da área superficial, bem como a diminuição do tamanho do cristalito do suporte. A temperatura de reação na qual se observa os melhores resultados catalíticos é a 600 °C de modo que houve uma conversão máxima de etanol, seletividades em H2 acima de 2,80 molprod.molEtOHconv-1 e minimização na formação de espécies líquidas como a acetona e acetaldeído, bem como na formação de coque. A conversão do etanol nessa temperatura foi similar para todos os catalisadores, mas os catalisadores 5Ni_5GdCeO2 e 5Ni_5NdCeO2 apresentaram a maior seletividade a H2. No entanto, os catalisadores com a presença de Nd apresentaram as menores taxas de formação de coque. / The development of new technologies for fuel production is a vital issue, especially clean and renewable fuels. In this apect, hydrogen (H2), a clean technology, is highlighted when it comes from renewable sources, such as ethanol. To obtain H2 from ethanol, the steam reform is pointed out. However, steam reforming presents some challenges, such as maximizing conversion and H2 selectivity, as well as minimizing the formation of carbon and its precursors (acetaldehyde and acetone), since carbon formation can lead to catalytic activity loss. In this context, the idea of this work is the development of nickel (Ni) based catalysts supported in ceria (CeO2), doped with the lanthanides gadolinium (Gd), samarium (Sm) and neodymium (Nd), for ethanol steam reforming application in order to increase ethanol conversion and H2 selectivity, as well as to minimize the formation of carbon and its precursors. For this, the Ni content was set at 5% and the dopant contents varied in 1%, 5% and 10%, the catalyst was also synthesized without presence of dopant for comparison. From these catalysts, the characterization and the catalytic tests were carried out at 400, 500 and 600 °C. The formation of a solid solution for all dopants (Gd, Sm and Nd) was observed by means of the network parameters expansion , in which the network expansion increased with increasing dopant content and with increasing dopant ionic radius. The addition of 1% dopant, to the Sm and Nd doped catalysts, led to a significant increase in surface area as well as a decrease in the support crystallite size. The reaction temperature at which the best catalytic results are observed is at 600 °C, so that there was a maximum conversion of ethanol, H2 selectivity 2.80 molprod.molEtOHconv-1, and minimization of liquid species formation, such as acetone and acetaldehyde, as well as the coke formation. Ethanol conversion at this temperature was similar for all catalysts, but the catalysts 5Ni_5GdCeO2 and 5Ni_5NdCeO2 showed the highest selectivity to H2. However, the catalysts with the presence of Nd presented the lowest rates of coke formation.

Eletrólitos sólidos de céria com adição de íons de terras raras trivalentes apresentam elevada condutividade iônica quando comparados com a zircônia estabilizada com ítria, que é um eletrólito sólido padrão. Por isso, esses condutores de íons oxigênio à base de céria têm potencial de aplicação em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias (500-700ºC). Uma das abordagens mais investigadas para otimização da condutividade elétrica e de outras propriedades destes materiais é a incorporação de um segundo aditivo. Neste trabalho, composições de céria-20% mol gadolínia com SrO, TiO2 e SrTiO3 como co-aditivos, em teores de 1; 2,5 e 5% em mol foram preparadas por reação em estado sólido. O principal objetivo foi verificar o efeito dos aditivos na densificação, na microestrutura e na condutividade elétrica da céria-gadolínia. Os compactos sinterizados foram caracterizados por medidas de densidade aparente, difração de raios X e espectroscopia Raman para determinação das fases cristalinas, microscopia eletrônica de varredura para observar as diferentes microestruturas das composições, e medida da condutividade elétrica por espectroscopia de impedância. Os resultados mostraram que os aditivos exercem influência em todas as propriedades investigadas, mas de forma diferente dependendo do tipo e do teor. De forma geral, SrO exerce efeito benéfico na condutividade elétrica intergranular, mas prejudica a densificação. O TiO2 promove um aumento na densificação da céria-gadolínia, mas aumenta também o bloqueio aos portadores de carga nos contornos de grão, além de resultar na formação da fase pirocloro Gd2Ti2O7, quando adicionado em teores acima do limite de solubilidade. O SrTiO3 não produz alterações na densificação da céria-gadolínia. / Ceria containing trivalent rare-earths is a solid electrolyte with higher ionic conductivity than the standard yttria fully-stabilized zirconia ionic conductor. This property turns these ceria-based ionic conductors promising materials for application in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures (500-700ºC). One of the most utilized approaches to optimize the electrical conductivity and other properties of these materials is the introduction of a second additive. In this work, ceria-20 mol% gadolinia with additions of 1, 2.5 and 5 mol% of SrO, TiO2 and SrTiO3 as co-additives were prepared by solid state reaction. The main purpose was to investigate the effects of the co-additives on densification, microstructure and electrical conductivity of the solid electrolyte. Sintered pellets were characterized by apparent density, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and electrical conductivity by impedance spectroscopy. The additives were found to exert different influences in all studied properties. The way they influence the solid electrolyte properties depends on the type and content of the additive. SrO addition to doped ceria improves the intergranular conductivity, but decreases the apparent density of the pellets. Increase of densification was obtained with TiO2 addition. This additive promotes increase of the blocking of charge carriers at the grain boundaries due to solute exsolution and formation of the pyrochlore Gd2Ti2O7 phase at grain boundaries for contents in excess of the solubility limit. No influence on densification was found for SrTiO3 additions.

A introdução de cálcio e lítio como aditivos de sinterização na céria: 10% mol gadolínia foi investigada com o intuito de verificar sua influência na densificação e condutividade elétrica das cerâmicas sinterizadas. Pós contendo de 0 a 1,5% mol do metal foram preparados tanto por reação em estado sólido quanto pela co-precipitação dos oxalatos. As principais técnicas de caracterização utilizadas foram análise térmica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e medida da condutividade elétrica por espectroscopia de impedância. Os resultados obtidos mostraram que cerâmicas densas podem ser obtidas utilizando ambos os aditivos. O aumento no teor do aditivo resulta em aumento na densificação. A forma de adição, por reação em estado sólido ou por coprecipitação exerce influência na condutividade elétrica. A adição de cálcio promove maior crescimento dos grãos que o lítio. A condutividade elétrica das amostras contendo o segundo aditivo é inferior à da céria-gadolínia pura. Ambos os aditivos exercem influência na condutividade intergranular. Adição de cálcio resulta também em diminuição da condutividade intragranular. Os aditivos favorecem a exudação do gadolínio. / In this work, the use of calcium and lithium as sintering aid to gadolinia-doped ceria was systematically investigated. The main purpose was to verify the influence of these additives on the densification and electrical conductivity of sintered ceramics. Powder compositions containing up to 1.5 mol% (metal basis) of calcium or lithium were prepared by both solid state reaction and oxalate coprecipitation methods. The main characterization techniques were thermal analyses, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and electrical conductivity by impedance spectroscopy. Both additives promoted densification of gadolinia-doped ceria. The densification increases with increasing the additive content. Different effects on microstructure and electrical conductivity result from the method of preparation, e.g., solid state reaction or coprecipitation. Calcium addition greatly enhances the grain growth compared to lithium addition. The electrical conductivity of specimens containing a second additive is lower than that of pure gadolinia-doped ceria. Both additives influence the intergranular conductivity and favor the exudation of gadolinium out of the solid solution.

Pesquisas realizadas em todo o mundo exploram a possibilidade de utilizar o hidrogênio como combustível para a geração de energia, já que ele produz a chamada \"energia limpa\". O hidrogênio pode ser obtido a partir das reações de reforma de etanol, fonte renovável, em contraste com o clássico processo de obtenção a partir de derivados de petróleo. Desta forma, há um crescente interesse em pesquisa e desenvolvimento de catalisadores eficientes para gerar hidrogênio. Assim, no presente trabalho foram estudados catalisadores de ródio contendo 0,5; 1 e 3% (m/m) suportados em CeO2, Al2O3 e 20%CeO2- Al2O3 nas reações de reforma a vapor de etanol (RVE) e reforma oxidativa de etanol (ROE) visando a geração de hidrogênio. As amostras foram preparadas pelo método de impregnação úmida e caracterizadas por difração de Raios-X (XRD), área superficial específica - método B.E.T., espectroscopia dispersiva em emissão de Raios-X (EDX), espectroscopia de fotoelétrons excitada por Raios-X (XPS), espectroscopia na região do ultra-violeta e do visível (UV-vis- NIR) e redução à temperatura programada (RTP-H2). Os ensaios catalíticos, realizados entre 400 e 600ºC, mostraram altas conversões de etanol para todos os catalisadores. As maiores produções de H2, a partir das reações de RVE e ROE, foram obtidas à 600ºC com os catalisadores Rh/CeO2 e Rh/20%CeO2-Al2O3. Foi observado que a adição de oxigênio proporcionou um aumento na produção de H2, bem como na razão CO2/CO e nas deposições de carbono. / The researches made in the world explore the possibility in the use of hydrogen like a fuel for energy generation, since it produces the called \"clean energy\". The hydrogen can be obtained through of the ethanol reforming reaction, i.e. renewable source, in contrast with the classical process for obtaining from petroleum derivates. In this way, there is a crescent interest in research and development of efficient catalysts in order to obtain hydrogen. Thus, in this work were studied the rodium catalysts with 0,5; 1 e 3% (w/w) supported on CeO2, Al2O3 e 20%CeO2-Al2O3 for the ethanol steam reforming (ESR) and oxidative reforming (EOR) reactions aiming to the hydrogen generation. The samples were prepared by wet impregnation method and characterized by X-ray diffraction (XRD), specific superficial area - BET method, energy dipersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-vis spectroscopy (UVvis), and temperature-programmed reduction (TPR-H2). In according to the catalytic tests, performed between 400 and 600ºC, it was obtained higher ethanol conversion values for all catalysts. The highest H2 yield it was obtained at 600ºC, with the Rh/CeO2 e Rh/20%CeO2-Al2O3 catalysts. It was observed that the addition of oxygen caused an increase in H2 production, as well as, in the CO2/CO ratio and in the carbon deposition.

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T14:11:27Z No. of bitstreams: 2 TESE ALEKSÁNDROS EL ÁURENS MEIRA DE SOUZA.pdf: 8940517 bytes, checksum: 2bc6efe13edc2a11be3c27f8364f8412 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T14:11:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE ALEKSÁNDROS EL ÁURENS MEIRA DE SOUZA.pdf: 8940517 bytes, checksum: 2bc6efe13edc2a11be3c27f8364f8412 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / Despontando como nova, mas não necessariamente recente, a tecnologia da miniaturização chega também aos processos químicos. Assim, este trabalho guiou-se com o objetivo de avaliar esta tecnologia no que concerne à concepção e emprego de microssistemas, em especial os microrreatores, desenvolvidos para processos catalíticos, com o intuito de intensificação desses processos, consideradas condições de maior segurança e superação de limites difusionais e térmicos. Foram preparados microrreatores do tipo monólitos em aço Fecralloy®, de 18 mm de diâmetro e 3 cm de comprimento, cada um com canais sinusoidais de 500 μm, tendo sido recobertos por catalisadores específicos para a reforma seca do metano, sendo um de níquel-alumina e outro de níquel/céria-alumina, com massa de fase ativa correspondente a 5,0% em massa (de níquel metálico). Uma vez preparados, os referidos catalisadores foram caracterizados e avaliados quanto ao seu desempenho, em termos de atividade catalítica, frente ao processo químico eleito. A escolha dos catalisadores se deu considerando-se o uso comercial do catalisador de níquel suportado em alumina para as reformas do gás natural, com vistas à obtenção de gás de síntese (syngas) e de hidrogênio, bem como à possibilidade de melhoria de seu desempenho com a dopagem de seu suporte (gama-alumina) com céria (CeO2). Os monólitos recobertos com os catalisadores também foram caracterizados, avaliando-se alguns fatores, dentre os quais sua resistência mecânica, para serem submetidos também a avaliações através da reforma seca do metano e, ao final, serem comparados, em termos de atividade catalítica, conversões, rendimentos e seletividades, com os desempenhos dos catalisadores puros. Os procedimentos de preparação dos catalisadores e monólitos foram realizados em parceria com a Universidad del País Vasco (Espanha), seguindo técnicas já consolidadas pelos seus pesquisadores, e os processos reativos foram levados a efeito no Laboratório de Processos Catalíticos da UFPE. Os procedimentos de formulação e preparação dos catalisadores e monólitos se mostraram eficazes, tendo sido obtidos resultados bastante significativos em termos dos parâmetros avaliados. Conversões de 96% para o metano foram alcançadas com ambos os catalisadores puros. Porém, com os sistemas microestruturados, alcançou-se 97% de conversão para o catalisador de níquel/alumina e próximo dos 100% para o catalisador de níquel/céria-alumina, em tempos espaciais maiores e a temperaturas mais elevadas. Rendimentos e seletividades para o gás de síntese de 88,7% e 94,5%, respectivamente, utilizando-se o catalisador de níquel/céria-alumina, foram verificados com o emprego dos sistemas microestruturados. Razões molares de H2/CO em torno da unidade foram mantidas, como sugerem os processos de reforma seca do metano. Paralelamente, foram realizados estudos termodinâmicos e cinéticos com vistas a uma modelagem do processo avaliado, adotando-se inicialmente parâmetros cinéticos constantes da literatura e ajustando-os ao caso. Balanços mássicos e térmicos foram efetuados, juntamente com considerações difusionais e fluidodinâmicas, para se implementar um modelo usando-se o método dos elementos finitos. Validado o modelo através dos resultados experimentais, foi possível a análise dos fenômenos fluidodinâmicos no interior dos canais dos monólitos concebidos, avaliando-se o comportamento dos componentes reacionais, bem como os perfis de temperatura do sistema.

Os materiais à base de céria (CeO2) e zircônia (ZrO2) estão presentes em diversas aplicações tecnológicas, destacando-se como anodo de células de combustível de óxido sólido (SOFC) e em catálise, tanto para a produção de hidrogênio, como na automotiva (Three-Way Catalysis). A solução sólida ZrxCe1-xO2- é de especial interesse, pois apresenta melhor estabilidade térmica e maior capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), quando comparada com os óxidos não dopados. Os materiais mesoporosos (poros de 2 a 50 nm) possuem elevada área superficial e permeabilidade a gases, características estas importantes para o desempenho das SOFCs e dos processos de catálise. Neste trabalho, zircônia-céria (Zr0,1Ce0,9O2-) mesoporosa foi sintetizada pelo processo sol-gel, utilizando, como precursores, os cloretos inorgânicos (ZrCl4 e CeCl3.7H2O), o copolímero em bloco P123 (PEO20PPO70PEO20) como direcionador de estrutura e o TIPB (tri-isopropil-benzeno) como agente dilatador. A solução passou por tratamento hidrotérmico durante 48h a 80°C, com posterior calcinação a 400°C para a remoção do polímero, resultando no óxido cristalizado. Na análise foram utilizadas as técnicas: difração de raios X em alto ângulo (XRD), espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS), isotermas de adsorção de nitrogênio (NAI) e microscopia eletrônica de varredura e transmissão (SEM e TEM). Os resultados mostraram que o material possui elevada área superficial (110m2/g), mesoporos de várias dimensões, atingindo valores médios em torno de 30 nm, fase majoritariamente cúbica Fm3m e, em menor proporção, tetragonal P42/nmc. As micrografias revelaram que o óxido está totalmente nano-cristalizado, com os poros tipo fendas e uma mesoporosidade secundária com distribuição de tamanhos menor e mais estreita. Quatro amostras foram sintetizadas com diferentes razões em massa TIPB/P123 (0, 1, 2 e 4), de forma que foi possível verificar um aumento na dimensão dos poros devido à inclusão do dilatador. As demais propriedades estruturais e morfológicas mantiveram-se inalteradas entre todas as amostras, mesmo com diferentes quantidades de TIPB. / The ceria (CeO2) and zirconia (ZrO2) based materials are present in several technological applications, mainly as Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) anodes and catalysts, for hydrogen production and automotive converter (Three-Way Catalysis). The solid solution ZrxCe1-xO2- has attracted special attention, since it shows better thermal stability and higher oxygen storage capacity (OSC), if compared to the non-doped oxides. The mesoporous materials (pores of 2 to 50 nm) show high surface area and gas permeability, important properties for SOFCs and catalysts efficiency. In this work, mesoporous ceria-zirconia (Zr0,1Ce0,9O2-) was synthesized by a sol-gel route using inorganic chlorides (ZrCl4 e CeCl3.7H2O) as precursors, block copolymer P123 (PEO20PPO70PEO20) as template and TIPB (tri-isopropyl-benzene) as swelling agent. The solution was submitted to hydrothermal treatment for 48h at 80°C and calcined at 400°C to remove the template, resulting in the crystallized oxide. The characterization was performed by X-ray diffraction at high angles (XRD), small angle X-ray scattering (SAXS), nitrogen adsorption isotherms (NAI) and transmission and scanning electron microscopy (TEM and SEM). The results showed that the material has high surface area (110m2/g), a wide pore size distribution with mean values around 30 nm, predominant cubic phase Fm3m and, in less quantity, tetragonal P42/nmc. The micrographs revealed that the oxide is totally nano-crystallized, having pores with slit shape and a secondary smaller mesoporosity with a narrow size distribution. Four samples were produced with different TIPB/P123 mass rate (0, 1, 2, 4), therefore was possible to verify the pore size expansion due to the swelling addition. The structural and morphological properties remained unchanged, even with different quantities of TIPB.

Devido a crescente preocupação com relação ao efeito estufa e com o objetivo de obter produtos de maior valor agregado a partir dos gases CH4 e CO2, este trabalho estudou catalisadores de níquel suportados em diferentes óxidos (Al2O3, CeO2, MgO e ZrO2) promovidos com ZnO aplicados na reação de reforma seca de metano para obter gás de síntese (H2 + CO). Primeiramente foram estudados catalisadores de níquel suportados em ZrO2 dopados com diferentes teores de zinco: 0%, 5%, 12,5% e 25% a fim de selecionar o catalisador mais promissor para estudos posteriores. Também foram utilizados dois métodos de preparo: impregnação e co-precipitação. Os resultados de DRX mostraram que a adição de zinco estabilizou a fase tetragonal da zircônia em todos os teores de zinco e em ambos os métodos de preparo. As análises de RTP mostraram que os catalisadores impregnados sofreram maior redução do que os co-precipitados e para maiores teores de zinco foram necessárias maiores temperaturas de redução. Os testes catalíticos mostraram que o aditivo zinco não exerceu efeito sobre os catalisadores impregnados, porém para as amostras co-precipitadas notou-se um teor ótimo com relação à conversão de reagentes na reação e o catalisador 5Ni12ZZc apresentou os melhores resultados. A deposição de carbono também foi menor nos catalisadores co-precipitados. No estudo dos diferentes suportes, as análises de DRX sugerem a dopagem de todos os óxidos com zinco, pois houve mudanças no parâmetro de rede em todas as amostras. As análises de RTP mostraram que a adição de zinco diminui a temperatura de redução do catalisador suportado em alumina e, no suporte CeO2 o efeito é o contrário. Nos testes catalíticos observaram-se efeitos distintos: nos catalisadores Ni-ZnO-CeO2 e Ni-ZnO-MgO o efeito da adição de zinco causou diminuição na conversão dos reagentes, por outro lado, causou diminuição na deposição de carbono e inibição da formação do carbono grafite; nos catalisadores Ni-ZnO-Al2O3 a conversão de reagentes não se alterou com a adição de zinco porém houve uma diminuição na deposição de carbono. Os melhores resultados, portanto, foram apresentados pelo catalisador 5NiZnAl que converteu acima de 80% dos reagentes e não sofreu desativação pela deposição de carbono. / Due to the increasing concern related to the greenhouse effect and aiming to obtain products with higher added-value from CH4 and CO2 gases, nickel catalysts supported on different oxides (Al2O3, CeO2, MgO and ZrO2) promoted with ZnO were studied and applied to the dry reforming of methane reaction to obtain syngas (H2+CO). Firstly, ZrO2 supported Nickel catalysts doped with different zinc content: 0, 5, 12,5 and 25% molar ratio were used to identify and select the best amount of zinc to further studies. Two preparation methods were investigated: impregnation and co-precipitation. The XRD results showed that the zinc addition stabilized the zircon tetrahedral phase of all catalysts from both preparation methods. The TPR analyses showed that the impregnated catalysts reduced more than the co-precipitated ones and higher reduction temperature was needed for the catalysts with higher zinc content. The catalytic tests indicated that the zinc content did not have any effect over the impregnated catalysts, whilst for the co-precipitated samples, a great content was noted and the 5Ni12ZZc catalyst showed the best results. The co-precipitated catalysts also had lower carbon deposition. In the study of different supports, the XRD analyses showed that the zinc interacts with all the used oxides, because there were changes of the cell parameter of all samples. The TPR analyses indicated that the zinc addition lowers the reduction temperature of the alumina supported catalyst and the effect is opposite for the CeO2 support. Different effects were observed during the catalytic tests: for the CeO2 and MgO supported catalysts the effect of zinc addition caused a decrease in the conversion of reactants, but it lowered the deposition of carbon and inhibited the formation of graffiti carbon; for the Al2O3 supported catalysts, the reactant conversion was the same with the addition of zinc, however there was a reduction on the carbon deposition. Therefore, the best results were obtained for the 5NiZnAl catalyst, which converted over 80% of the reactants and wasn\'t deactivated by carbon deposition.

Os materiais à base de céria (CeO2) e zircônia (ZrO2) estão presentes em diversas aplicações tecnológicas, destacando-se como anodo de células de combustível de óxido sólido (SOFC) e em catálise, tanto para a produção de hidrogênio, como na automotiva (Three-Way Catalysis). A solução sólida ZrxCe1-xO2- é de especial interesse, pois apresenta melhor estabilidade térmica e maior capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), quando comparada com os óxidos não dopados. Os materiais mesoporosos (poros de 2 a 50 nm) possuem elevada área superficial e permeabilidade a gases, características estas importantes para o desempenho das SOFCs e dos processos de catálise. Neste trabalho, zircônia-céria (Zr0,1Ce0,9O2-) mesoporosa foi sintetizada pelo processo sol-gel, utilizando, como precursores, os cloretos inorgânicos (ZrCl4 e CeCl3.7H2O), o copolímero em bloco P123 (PEO20PPO70PEO20) como direcionador de estrutura e o TIPB (tri-isopropil-benzeno) como agente dilatador. A solução passou por tratamento hidrotérmico durante 48h a 80°C, com posterior calcinação a 400°C para a remoção do polímero, resultando no óxido cristalizado. Na análise foram utilizadas as técnicas: difração de raios X em alto ângulo (XRD), espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS), isotermas de adsorção de nitrogênio (NAI) e microscopia eletrônica de varredura e transmissão (SEM e TEM). Os resultados mostraram que o material possui elevada área superficial (110m2/g), mesoporos de várias dimensões, atingindo valores médios em torno de 30 nm, fase majoritariamente cúbica Fm3m e, em menor proporção, tetragonal P42/nmc. As micrografias revelaram que o óxido está totalmente nano-cristalizado, com os poros tipo fendas e uma mesoporosidade secundária com distribuição de tamanhos menor e mais estreita. Quatro amostras foram sintetizadas com diferentes razões em massa TIPB/P123 (0, 1, 2 e 4), de forma que foi possível verificar um aumento na dimensão dos poros devido à inclusão do dilatador. As demais propriedades estruturais e morfológicas mantiveram-se inalteradas entre todas as amostras, mesmo com diferentes quantidades de TIPB. / The ceria (CeO2) and zirconia (ZrO2) based materials are present in several technological applications, mainly as Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) anodes and catalysts, for hydrogen production and automotive converter (Three-Way Catalysis). The solid solution ZrxCe1-xO2- has attracted special attention, since it shows better thermal stability and higher oxygen storage capacity (OSC), if compared to the non-doped oxides. The mesoporous materials (pores of 2 to 50 nm) show high surface area and gas permeability, important properties for SOFCs and catalysts efficiency. In this work, mesoporous ceria-zirconia (Zr0,1Ce0,9O2-) was synthesized by a sol-gel route using inorganic chlorides (ZrCl4 e CeCl3.7H2O) as precursors, block copolymer P123 (PEO20PPO70PEO20) as template and TIPB (tri-isopropyl-benzene) as swelling agent. The solution was submitted to hydrothermal treatment for 48h at 80°C and calcined at 400°C to remove the template, resulting in the crystallized oxide. The characterization was performed by X-ray diffraction at high angles (XRD), small angle X-ray scattering (SAXS), nitrogen adsorption isotherms (NAI) and transmission and scanning electron microscopy (TEM and SEM). The results showed that the material has high surface area (110m2/g), a wide pore size distribution with mean values around 30 nm, predominant cubic phase Fm3m and, in less quantity, tetragonal P42/nmc. The micrographs revealed that the oxide is totally nano-crystallized, having pores with slit shape and a secondary smaller mesoporosity with a narrow size distribution. Four samples were produced with different TIPB/P123 mass rate (0, 1, 2, 4), therefore was possible to verify the pore size expansion due to the swelling addition. The structural and morphological properties remained unchanged, even with different quantities of TIPB.