108 f. / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-04-12T15:45:26Z No. of bitstreams: 1 dissertação peterson final corrigida pós defesa.pdf: 1566262 bytes, checksum: 20f95b642b3c7ccf10de87a1851511de (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br) on 2013-05-13T17:37:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertação peterson final corrigida pós defesa.pdf: 1566262 bytes, checksum: 20f95b642b3c7ccf10de87a1851511de (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-13T17:37:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertação peterson final corrigida pós defesa.pdf: 1566262 bytes, checksum: 20f95b642b3c7ccf10de87a1851511de (MD5) Previous issue date: 2011 / CNPq / O hidrogênio é um importante insumo das indústrias químicas e petroquímicas e vem sendo apontado como um combustível do futuro, pelo seu emprego em células combustíveis e em motores de combustão interna. Isso tem aumentado o interesse pela sua produção e purificação. Neste contexto, foi estudado o efeito do teor de cério (Ce/Zr= 0,1; 0,2 e 1) nas propriedades dos catalisadores do tipo Pt/ZrO2, visando a desenvolver catalisadores alternativos para a reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d´água (WGSR), uma importante etapa na produção comercial de hidrogênio de alta pureza. A reação visa à remoção de monóxido de carbono, que atua como veneno na maioria dos catalisadores metálicos. Os suportes foram obtidos por técnicas de precipitação e impregnados com o precursor de platina (1 %). As amostras foram caracterizadas por análise química (EDX), análise térmica (DSC, TG), difração de raios X, medidas da área superficial específica, qumissorção de monóxido de carbono usando espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, medidas da dispersão metálica e redução termoprogramada. Os catalisadores foram avaliados a 1 atm, na faixa de 100-370 oC, usando razões vapor d´água/gás de processo de 0,6; 0,4 e 0,2, tendo a composição de gás de processo de 10 % CO, 10 % CO2, 60 %H2 e N2 de balanço. Observou-se que a adição de pequenas quantidades de cério (Ce/Zr= 0,1), ao catalisador de zircônia, estabilizou a fase tetragonal desse óxido, em detrimento da fase monoclínica e favoreceu a formação de pequenas partículas; nos sólidos com teores mais elevados de cério (Ce/Zr= 0,2 e 1), as fases monoclínica e tetragonal coexistiram com a fase cúbica do óxido de cério. A área superficial específica dos sólidos aumentou devido à presença de cério, independente do seu teor. A redução das espécies Ce4+ foi afetada pela presença de zircônio e de platina. O aumento da quantidade de cério desfavoreceu a dispersão da platina e tornou estes átomos mais ricos em elétrons. Todos os catalisadores foram ativos na reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d´água. O catalisador com razão Ce/Zr= 0,1 apresentou a atividade mais elevada, nas condições de vapor d´água/gás de processo= 0,6, o que pode ser atribuído à mais alta dispersão da platina. Este sólido foi mais eficiente que um catalisador comercial, baseado em óxido de ferro contendo óxido de cromo, sendo promissor para aplicações industriais, assim como em células a combustível, com a vantagem de ser mais ativo e menos tóxico. / Salvador

Orientadores: Elizabete Jordão, Wagner Alves Carvalho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T16:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_FlaviaCamargoAlves_D.pdf: 7416906 bytes, checksum: 6368b5b8400e9e9945457c19af1dfd53 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Vários métodos de síntese das argilas pilarizadas foram testados. Obtivemos os materiais pilarizados com alumínio em condições distintas: suspensões diluídas (Al-PILC 02), suspensões concentradas (Al-PILC 03), soluções pilarizantes concentradas (Al-PILC 04) e o uso de microondas no processo de envelhecimento (Al-PILC 05). Este último demonstrou ser o processo mais adequado, já que permitiu a obtenção da argila pilarizada em maior quantidade e menor tempo de síntese. As argilas pilarizadas apresentaram um significativo aumento na área superficial, principalmente relacionada aos microporos, e uma elevada capacidade de dispersão dos metais ativos platina e paládio. A exceção é o rutênio, que manteve a baixa dispersão já observada em outros suportes utilizados. A acidez dos suportes e catalisadores foi avaliada por diferentes técnicas, indicando que os materiais apresentam acidez de Brönsted e de Lewis. Esta acidez pode ser efetivamente reduzida por tratamento dos sólidos com bário, enquanto um tratamento com lítio se mostrou ineficaz. Os testes catalíticos de hidrogenação do adipato de dimetila demonstraram que todos os sistemas estudados apresentam uma elevada conversão, tipicamente superior a 95%, atribuída a uma atividade do suporte. Nos catalisadores monometálicos os valores de seletividade permanecem reduzidos. A redução da acidez, promovida por um tratamento com bário, é de fundamental importância. Os catalisadores tratados com bário reduziram em até 45% a formação de produtos indesejáveis. Os catalisadores bimetálicos Ru-Sn permitiram a obtenção de produtos em elevadas concentrações como, por exemplo, o ácido capróico, que atingiu a concentração de 120 mmol/L após 3 h de reação. A avaliação da distribuição de produtos nestas reações permitiu a proposição de rotas para a formação dos diversos produtos obtidos. Nesta proposição são identificadas as rotas favorecidas pela acidez do catalisador e pela presença de catalisadores bimetálicos, indicando que é possível direcionar o processo catalítico para certos produtos em função do controle de algumas propriedades do catalisador. / Abstract: Several methods of synthesis of pillared clays were tested. We were able to obtained aluminum pillared clays in different conditions: diluted suspensions (Al- PILC 02), concentrated suspensions (Al-PILC 03), concentrated pillaring solutions (Al-PILC 04) and microwave assisted aging (Al-PILC 05). The latter proved to be the most appropriate process, since it allowed obtaining pillared clay in greater quantities and less time. Pillared clays showed a significant increase in surface area mainly that related to micropores and a high degree of dispersion of active metals, platinum and palladium. The exception is ruthenium, which has maintained the low dispersion observed in other support tested. The acidity of the supports and catalysts was evaluated by different techniques, indicating that these materials exhibit Brönsted and Lewis sites. This acidity can be effectively reduced by the solid treatment with barium, while lithium was ineffective. Dimethyl adipate catalytic hydrogenation showed that all systems studied promoted a high conversion, typically higher than 95%, attributed to support activity. Monometallic catalysts maintain lower selectivity values. The reduction of acidity, promoted by a barium treatment, is fundamental in order to enhance the selectivity. The catalysts treated with barium reduced by 45% the formation of by-products. Ru-Sn bimetallic catalysts allow the formation of main products in high concentrations, for example, caproic acid, which reached a concentration of 120 mmol/L after 3 h reaction time. The evaluation of the products distribution in these reactions led to the proposed route for the formation of various products. It was identified routes favored by the solids acidity and by the presence of bimetallic catalysts, indicating that it is possible to promote the catalytic process in order to obtain certain products depending on the control of some properties of the catalyst. / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

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111f. / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-04-08T15:24:24Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Karla Conceição.pdf: 1315216 bytes, checksum: 9a7555a384ee174d65453856c5c12964 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br) on 2013-05-09T17:28:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Karla Conceição.pdf: 1315216 bytes, checksum: 9a7555a384ee174d65453856c5c12964 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-09T17:28:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Karla Conceição.pdf: 1315216 bytes, checksum: 9a7555a384ee174d65453856c5c12964 (MD5) Previous issue date: 2010 / CNPq / A influência do número e ordem de tratamentos de oxidação e redução nas propriedades de catalisadores contendo platina, germânio e/ou rênio, suportados em alumina, foi estudada neste trabalho, visando à sua aplicação na reforma catalítica de nafta de petróleo. Os catalisadores foram preparados pelo método de impregnações sucessivas de soluções metálicas (ácido hexacloroplatínico hexahidratado, (perrenato de amônio e cloreto de germânio), em uma y-alumina comercial. As amostras foram submetidas a tratamentos de oxidação e/ou redução durante a impregnação dos metais, sendo obtidos catalisadores monometálicos, bimetálicos e trimetálicos. Os sólidos foram caracterizados por redução termoprogramada, dessorção de piridina a temperatura programada, espectroscopia fotoeletrônica de raios X, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier de monóxido de carbono adsorvido e avaliadas na desidrogenação do cicloexano e isomerização do n-hexano. Observou-se que o comportamento redutor dos sólidos bimetálicos e trimetálicos é afetado pelo método de preparação. A etapa de oxidação favoreceu uma interação mais forte entre os metais nas amostras bimetálicas contendo germânio e platina, enquanto a redução favoreceu uma interação mais fraca entre os metais e uma interação mais forte do óxido de germânio com o suporte. Nas amostras bimetálicas contendo platina e rênio, a etapa de redução seguida de oxidação favoreceu a interação entre os metais, enquanto nos sistemas trimetálicos a interação entre os metais foi favorecida por pelo menos uma etapa de redução. Foi observado também que o tratamento de oxidação favoreceu a formação de sítios de acidez mais fraca, nos catalisadores formados por platina e germânio e o inverso ocorreu com as amostras bimetálicas contendo rênio. Em todos os casos, o tratamento de redução, conduzido no final da preparação, levou a uma diminuição na quantidade de sítios ácidos fortes, com maior formação de sítios ácidos fracos ou de acidez moderada. Os tratamentos térmicos de oxidação e redução durante a preparação dos catalisadores, conduziram a diferentes distribuições dos metais na superfície dos sólidos, devido às diferentes interações entre eles, que causaram diferentes migrações no sólido. A presença do germânio diminuiu a densidade eletrônica da platina em relação ao catalisador monometálico de platina, enquanto o rênio possui um efeito inverso. Nas amostras bimetálicas contendo rênio, em que foi feito apenas o tratamento de redução ou oxidação, foi observada a formação de sítios com maior deficiência eletrônica que o sólido que sofreu os dois tratamentos. A atividade na desidrogenação do cicloexano foi mais baixa nos catalisadores contendo germânio, ocorrendo o inverso naqueles contendo rênio. Em uma tendência geral, a atividade desidrogenante dos sítios metálicos foi diminuída nos sólidos em que se realizou a redução da platina antes da etapa de oxidação ou não foi feita a redução. Entre os catalisadores trimetálicos, a amostra que sofreu três etapas de oxidação e uma de redução apresentou a atividade mais elevada. Na isomerização do n-hexano, as duas etapas de oxidação favoreceu a atividade da amostra de platina e germânio, o que foi atribuído à formação de sítios adequados para as reações de isomerização. Este catalisador também produziu a maior quantidade de benzeno / Salvador

A adoção de políticas de incentivo ao desenvolvimento de novas tecnologias de geração de energia tem sido consenso entre especialistas de gestão ambiental. Nesta perspectiva, sistemas de conversão como células a combustível de baixa temperatura de operação (60120 °C) constituem alternativas propícias para fornecimento de energia com emissão reduzida de poluentes. Em adição, o etanol representa uma opção atrativa como combustível devido às vantagens relacionadas à característica renovável e à consolidação da indústria de bioetanol em países como Brasil e Estados Unidos. Contudo, a oxidação do etanol resulta em perdas de eficiência por causa da dificuldade de clivagem da ligação carbono-carbono. Tradicionalmente, platina tem sido usada como catalisador em decorrência das elevadas energia de adsorção e densidade de corrente de troca. Entretanto, a melhora na cinética de reação requer maior utilização catalítica. Neste contexto, um processo de síntese de óxido de grafeno reduzido foi desenvolvido para estabilizar e suportar a fase metálica, aperfeiçoando a área eletroquimicamente ativa. Uma metodologia convencional de síntese química e processamento de óxido de grafeno, a partir de grafite, foi aprimorada visando à fabricação de materiais com características desejáveis aos processos eletrocatalíticos. As estratégias foram baseadas em princípios combinados para introdução controlada de defeitos, redução no estado de aglomeração com auxílio de funcionalização direcionada com surfactante brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) e manufatura de dispersões com aumentada estabilidade coloidal. A nova nanoestrutura forneceu elevada densidade de sítios ativos, que incorreu em valores de corrente mássica aumentados em torno de 2,5 e 5,4 vezes frente à platina suportada em negro de fumo e grafeno aglomerado, respectivamente. / In the last decade, the adoption of policies aimed at developing new technologies for clean energy production has been a broad consensus among environment experts. From this perspective, low-temperature fuel cells (60120 °C) would appear to be promising systems to provide continuous and low-carbon power supply. As an alternative fuel, ethanol would be an appealing option due to renewability and mass production scalability. Nevertheless, the sluggish kinetics of ethanol electro-oxidation represents a major roadblock for the development of direct ethanol fuel cells. Platinum has been the most commonly used catalyst because of the highest energy adsorption and exchange current density. Optimizing reaction kinetics by tuning catalyst utilization has been applied to achieve improved performance on platinum-based catalysts. In this context, reduced graphene oxide sheets were developed to stabilize and support platinum nanoparticles, as well as to enhance the electrochemically active surface area. A conventional wet chemical methodology for synthesizing and processing graphene oxide from graphite was improved for assembling bi and/or tridimensional nanostructures with relevant microstructural features to electrocatalysis. The approach for reducing mass-transport resistances was based on a three-step design strategy aimed at the controlled introduction of defects, in situ cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant functionalization/intercalation and a manufacturing perspective on graphene dispersions from a basic solution thermodynamics theory. The unique nanoarchitecture provided a high density of active sites, which incurred in a mass current value increased by about 2.5 and 5.4 times compared to platinum supported on state-of-the-art carbon black and restacked graphene, respectively.

A adoção de políticas de incentivo ao desenvolvimento de novas tecnologias de geração de energia tem sido consenso entre especialistas de gestão ambiental. Nesta perspectiva, sistemas de conversão como células a combustível de baixa temperatura de operação (60120 °C) constituem alternativas propícias para fornecimento de energia com emissão reduzida de poluentes. Em adição, o etanol representa uma opção atrativa como combustível devido às vantagens relacionadas à característica renovável e à consolidação da indústria de bioetanol em países como Brasil e Estados Unidos. Contudo, a oxidação do etanol resulta em perdas de eficiência por causa da dificuldade de clivagem da ligação carbono-carbono. Tradicionalmente, platina tem sido usada como catalisador em decorrência das elevadas energia de adsorção e densidade de corrente de troca. Entretanto, a melhora na cinética de reação requer maior utilização catalítica. Neste contexto, um processo de síntese de óxido de grafeno reduzido foi desenvolvido para estabilizar e suportar a fase metálica, aperfeiçoando a área eletroquimicamente ativa. Uma metodologia convencional de síntese química e processamento de óxido de grafeno, a partir de grafite, foi aprimorada visando à fabricação de materiais com características desejáveis aos processos eletrocatalíticos. As estratégias foram baseadas em princípios combinados para introdução controlada de defeitos, redução no estado de aglomeração com auxílio de funcionalização direcionada com surfactante brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) e manufatura de dispersões com aumentada estabilidade coloidal. A nova nanoestrutura forneceu elevada densidade de sítios ativos, que incorreu em valores de corrente mássica aumentados em torno de 2,5 e 5,4 vezes frente à platina suportada em negro de fumo e grafeno aglomerado, respectivamente. / In the last decade, the adoption of policies aimed at developing new technologies for clean energy production has been a broad consensus among environment experts. From this perspective, low-temperature fuel cells (60120 °C) would appear to be promising systems to provide continuous and low-carbon power supply. As an alternative fuel, ethanol would be an appealing option due to renewability and mass production scalability. Nevertheless, the sluggish kinetics of ethanol electro-oxidation represents a major roadblock for the development of direct ethanol fuel cells. Platinum has been the most commonly used catalyst because of the highest energy adsorption and exchange current density. Optimizing reaction kinetics by tuning catalyst utilization has been applied to achieve improved performance on platinum-based catalysts. In this context, reduced graphene oxide sheets were developed to stabilize and support platinum nanoparticles, as well as to enhance the electrochemically active surface area. A conventional wet chemical methodology for synthesizing and processing graphene oxide from graphite was improved for assembling bi and/or tridimensional nanostructures with relevant microstructural features to electrocatalysis. The approach for reducing mass-transport resistances was based on a three-step design strategy aimed at the controlled introduction of defects, in situ cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant functionalization/intercalation and a manufacturing perspective on graphene dispersions from a basic solution thermodynamics theory. The unique nanoarchitecture provided a high density of active sites, which incurred in a mass current value increased by about 2.5 and 5.4 times compared to platinum supported on state-of-the-art carbon black and restacked graphene, respectively.

In this thesis, carbon supported platinum nanoparticles have been prepared by using PtCl4 as a starting material and 1-octanethiol, 1-decanethiol, 1-dodecanethiol and 1-hexadecanethiol as surfactants for methanol, ethanol and 2-propanol oxidation reactions. The structure, particle sizes and surface morphologies of the platinum were characterized by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM). XRD and TEM results indicate that all prepared catalysts have a face centered cubic structure and are homogeneously dispersed on the carbon support with a narrow size distribution (2.0 to 1.3 nm). X-ray photoelectron spectra of the catalysts were examined and it was found that platinum has two different oxidation state, Pt (0) and Pt (IV), oxygen and sulfur compounds are H2Oads and OHads, bounded and unbounded thiols. The electrochemical and electrocatalytic properties of those catalysts were investigated towards C1 to C3 alcohol oxidations by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA). The highest electrocatalytic activity was obtained from catalyst I which was prepared with 1-octanethiol. This may be attributed to decrease in the ratio of bounded to unbounded thiol species and increase in Pt (0)/Pt (IV), H2Oads/OHads ratios, electrochemical surface area, CO tolerance and percent platinum utility.

Le travail de thèse propose d’éclaircir les dynamiques qui régissent les réactions d’hydrogénation du dioxyde d’azote (NO2) se déroulant à la surface de catalyseurs modèles de platine, de rhodium et de leur alliage Pt-Rh. Une meilleure compréhension de la réaction catalytique en conditions réactionnelles permettrait, à terme, un meilleur contrôle de la réaction. De manière similaire, le comportement du catalyseur permettrait d’orienter la synthèse de catalyseurs afin d’en augmenter la sélectivité et/ou activité. La structure de ces catalyseurs ainsi que l’analyse des processus sont effectuées à l’échelle nanométrique grâce à l’utilisation de microscopies à effet de champ :la microscopie ionique à effet de champ (FIM) et la microscopie d’émission d’électrons par effet de champ (FEM). La réaction NO2+H2 étudiée à 390 K sur le platine permet de mettre en évidence la présence de différents domaines réactionnels :dynamique monostable, oscillations périodiques auto-entretenues, oscillations périodiques bimodales, ainsi que des oscillations bruitées. Malgré la présence importante de fluctuations à l’échelle du nanomètre, les traitements de signaux mettent en évidence une importante robustesse qui se traduit par un temps de corrélation qui s’étend sur plusieurs centaines de périodes. Les données donnent matière à la reconstruction de l’attracteur dynamique consistant en un cycle limite. La pression d’hydrogène est le paramètre de contrôle qui est varié de sorte à provoquer l’apparition d’oscillations selon une bifurcation de type homocline dans ce cas-ci. Des mesures à haute-vitesse d’acquisition démontrent que l’ignition des différentes faces réactives s’effectue de manière désynchronisée, et la vitesse de propagation est de l’ordre de ~2 μm/s. Au sein d’une seule face, à l’échelle du nanomètre, des propagations de fronts d’ondes chimiques peuvent également être observées à une vitesse de ~2 μm/s, en accord avec les vitesses analysées lors d’expériences menées à l’échelle du micromètre et du millimètre. Sur base des observations, un mécanisme réactionnel de production d’H2O a été proposé. La réaction sur le rhodium à 450 K engendre également des oscillations périodiques qui diffèrent par une robustesse plus faible et par l’apparition d’un cycle limite selon une bifurcation de Hopf. Des mesures exploratoires à 500 K font ressortir la présence de chaos dans le système. Finalement, l’alliage Pt-Rh utilisé comme catalyseur permet d’obtenir des oscillations à 425 K de période comprise entre celles observées sur les deux métaux purs. L’ensemble des expériences et des résultats obtenus à l’échelle du nanomètre permet pour la première fois de valider la théorie des systèmes dynamiques à une telle échelle. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The innovation and investigation of catalysts in proton exchange membrane fuel cells are included in this thesis. In the first part of this work, stability of the catalyst support of PEMFC catalyst is investigated. Nanoscale platinum particles were loaded on two different kinds of carbon supports, nano graphene sheets and functionalized carbon black/graphene hybrid were developed by the liquid phase reaction. The crystal structure of two kinds of catalysts was characterized by X-ray diffractometer (XRD). The morphology and particle size were characterized by scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Pt loading was measured by thermal gravimetric analysis (TGA). The Brunauer, Emmett and Teller (BET) method was applied to test the surface area of the catalysts. The electrochemical surface area (ECSA) and mass activity during oxygen reduction reaction (ORR) process for two kinds of catalyst were tested by cyclic voltammetry method under different conditions. The stability of the catalysts were tested by accelerated durability test (ADT). The results show that although the mass activity of Pt/graphene is much lower, the stability of it is much better than that of the commercial catalyst. After adding functionalized carbon black (FCB) as spacer, the stability of the catalyst is preserved and at the meantime, the mass activity becomes higher than 20% Pt/XC72 catalyst. The lower mass activity of both catalysts are due to the limitation of the electrolyte diffusion into the carbon support because of the aggregation nature of graphene nano-sheets. After introducing functional carbon black as spacer, the mass activity and ECSA increased dramatically which proved that FCB can be applied to prevent the restacking of graphene and hence solved the diffusion problem. In the meantime, the durability was still keeping the same as Pt/graphene catalyst. In the second part of the work, the restacking problem was solved by introducing FCB as spacers between functionalized graphene nanosheets. The same measurement was applied to test the electrochemical performance of Pt/FCB/FG catalyst. The new catalyst showed a higher mass activity compared to Pt/graphene catalyst which meant the restacking problem was partially solved. The durability of the Pt/FCB/FG catalyst was still excellent.