Neste trabalho foi estudada a viabilidade de preparação do catalisador Au-SnO2/TiO2 pelo método da redução por álcool, o qual apresentou excelentes resultados na preparação de eletrocatalisadores PtSnO2/C aplicados em células a combustíveis. Inicialmente a preparação dos catalisadores Au-SnO2/TiO2 foi efetuada sem modificações em relação a metodologia de preparação dos catalisadores PtSnO2/C por meio da qual foi possível obter nanopartículas de Pt e SnO2 da ordem de 2-4 nm bem dispersas no suporte de carbono. Os resultados iniciais não se mostraram adequados obtendo-se para o catalisador Au/TiO2 nanopartículas de Au da ordem 100-200 nm, enquanto que para os catalisadores Au-SnO2/TiO2 com diferentes % em massa de SnO2, apesar da fase SnO2 apresentar-se bem dispersas sobre o suporte, as nanopartículas de Au apresentaram tamanhos da ordem de 10 nm, sendo desejável nanopartículas menores que 10 nm para a reação preferencial do monóxido de carbono em misturas ricas em hidrogênio (reação CO-PROX). Os catalisadores Au/TiO2, Au/SnO2 e AuSnO2/TiO2 com diferentes % em massa de SnO2 obtidos dessa maneira apresentaram baixa atividade e seletividade na reação CO-PROX. Dessa forma, modificações foram efetuadas na metodologia de preparação por meio de diferentes rotas visando à diminuição e uma melhor dispersão das nanopartículas de Au na preparação do catalisador Au/TiO2. Por meio do uso de citrato de sódio como agente estabilizante e por modificações na forma de adição do precursor de Au foi possível diminuir o tamanho das nanopartículas de Au e melhorar sensivelmente a atividade e a seletividade do catalisador Au/TiO2 na reação CO-PROX. Os catalisadores Au-SnO2/TiO2 foram também preparados por esta nova rota obtendo-se também para estes materiais um menor tamanho de partícula de Au e uma melhor dispersão sobre o suporte TiO2. A atividade catalítica e a seletividade dos catalisadores AuSnO2/TiO2 obtidos por esta nova rota também apresentaram uma melhora significativa na atividade e seletividade na reação CO-PROX. / In this work the feasibility of preparation of the Au-SnO2/TiO2 catalyst by the alcohol reduction method was studied, which presented excellent results in the preparation of PtSnO2/C electrocatalysts applied in fuel cells. Initially the preparation of the Au-SnO2/TiO2 catalysts was carried out without modifications in relation to the methodology of preparation of the catalysts PtSnO2/C through which it was possible to obtain nanoparticles of Pt and SnO2 of the order of 2-4 nm well dispersed in the carbon support. The initial results were not shown to be adequate for the Au/TiO2 catalyst. Au nanoparticles of the order 100-200 nm, while for the Au-SnO2/TiO2 catalysts with different mass% of SnO2, if well dispersed on the support, Au nanoparticles presented sizes of the order of 10 nm, with nanoparticles smaller than 10 nm being desirable for the preferential reaction of carbon monoxide in hydrogen-rich mixtures (CO-PROX reaction). The Au/TiO2, Au/SnO2 and AuSnO2/TiO2 catalysts with different wt% of SnO2 obtained in this way showed low activity and selectivity for CO-PROX reaction. Thus, modifications were carried out in the preparation methodology by means of different routes aiming at the decrease and a better dispersion of the Au nanoparticles in the preparation of the Au/TiO2 catalyst. By using sodium citrate as a stabilizing agent and by modifications in the addition form of the Au precursor it was possible to decrease the size of the Au nanoparticles and to improve significantly the activity and selectivity of the Au/TiO2 catalyst for CO-PROX reaction. The Au-SnO2/TiO2 catalysts were also prepared by this new route obtaining also for these materials a smaller Au particle size and a better dispersion on the TiO2 support. The catalytic activity and selectivity of the Au-SnO2/TiO2 catalysts obtained by this new route also showed a significant improvement in the activity and selectivity for CO-PROX reaction.

Neste trabalho foi estudada a viabilidade de preparação do catalisador Au-SnO2/TiO2 pelo método da redução por álcool, o qual apresentou excelentes resultados na preparação de eletrocatalisadores PtSnO2/C aplicados em células a combustíveis. Inicialmente a preparação dos catalisadores Au-SnO2/TiO2 foi efetuada sem modificações em relação a metodologia de preparação dos catalisadores PtSnO2/C por meio da qual foi possível obter nanopartículas de Pt e SnO2 da ordem de 2-4 nm bem dispersas no suporte de carbono. Os resultados iniciais não se mostraram adequados obtendo-se para o catalisador Au/TiO2 nanopartículas de Au da ordem 100-200 nm, enquanto que para os catalisadores Au-SnO2/TiO2 com diferentes % em massa de SnO2, apesar da fase SnO2 apresentar-se bem dispersas sobre o suporte, as nanopartículas de Au apresentaram tamanhos da ordem de 10 nm, sendo desejável nanopartículas menores que 10 nm para a reação preferencial do monóxido de carbono em misturas ricas em hidrogênio (reação CO-PROX). Os catalisadores Au/TiO2, Au/SnO2 e AuSnO2/TiO2 com diferentes % em massa de SnO2 obtidos dessa maneira apresentaram baixa atividade e seletividade na reação CO-PROX. Dessa forma, modificações foram efetuadas na metodologia de preparação por meio de diferentes rotas visando à diminuição e uma melhor dispersão das nanopartículas de Au na preparação do catalisador Au/TiO2. Por meio do uso de citrato de sódio como agente estabilizante e por modificações na forma de adição do precursor de Au foi possível diminuir o tamanho das nanopartículas de Au e melhorar sensivelmente a atividade e a seletividade do catalisador Au/TiO2 na reação CO-PROX. Os catalisadores Au-SnO2/TiO2 foram também preparados por esta nova rota obtendo-se também para estes materiais um menor tamanho de partícula de Au e uma melhor dispersão sobre o suporte TiO2. A atividade catalítica e a seletividade dos catalisadores AuSnO2/TiO2 obtidos por esta nova rota também apresentaram uma melhora significativa na atividade e seletividade na reação CO-PROX. / In this work the feasibility of preparation of the Au-SnO2/TiO2 catalyst by the alcohol reduction method was studied, which presented excellent results in the preparation of PtSnO2/C electrocatalysts applied in fuel cells. Initially the preparation of the Au-SnO2/TiO2 catalysts was carried out without modifications in relation to the methodology of preparation of the catalysts PtSnO2/C through which it was possible to obtain nanoparticles of Pt and SnO2 of the order of 2-4 nm well dispersed in the carbon support. The initial results were not shown to be adequate for the Au/TiO2 catalyst. Au nanoparticles of the order 100-200 nm, while for the Au-SnO2/TiO2 catalysts with different mass% of SnO2, if well dispersed on the support, Au nanoparticles presented sizes of the order of 10 nm, with nanoparticles smaller than 10 nm being desirable for the preferential reaction of carbon monoxide in hydrogen-rich mixtures (CO-PROX reaction). The Au/TiO2, Au/SnO2 and AuSnO2/TiO2 catalysts with different wt% of SnO2 obtained in this way showed low activity and selectivity for CO-PROX reaction. Thus, modifications were carried out in the preparation methodology by means of different routes aiming at the decrease and a better dispersion of the Au nanoparticles in the preparation of the Au/TiO2 catalyst. By using sodium citrate as a stabilizing agent and by modifications in the addition form of the Au precursor it was possible to decrease the size of the Au nanoparticles and to improve significantly the activity and selectivity of the Au/TiO2 catalyst for CO-PROX reaction. The Au-SnO2/TiO2 catalysts were also prepared by this new route obtaining also for these materials a smaller Au particle size and a better dispersion on the TiO2 support. The catalytic activity and selectivity of the Au-SnO2/TiO2 catalysts obtained by this new route also showed a significant improvement in the activity and selectivity for CO-PROX reaction.

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Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3347.pdf: 3138949 bytes, checksum: 3d15697c0ec72d64e00515ac7bb7f7bb (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The CO preferential oxidation reaction (PROX-CO) has been widely studied in last few years. Aiming H2 purification for proton-exchange membrane cells (PEMFC) use, the main role of the PROX-CO reaction should be reduce the CO contained in reformed gas to an acceptable level of CO concentration that do not provoke deactivation of Pt electrocatalyst. The search for substitutes for noble metals like Pt and Au, the first catalysts tested in PROX reaction, has been the subject of several studies. Among the proposed new solid, the Cu-O-Ce have received considerable attention. These catalysts have been shown be active and selective for PROX-CO in a temperature range that is appropriate for application in PEMFC cells and are materials of low cost. The metal-support interface of Cu-O-Ce system favors the CO oxidation reaction and some properties as metallic dispersion, particle size and morphology are determinants for the better performance of these catalysts. Therefore, in this present work, xCuO/CeO2 and xCuO/CeO2-Al2O3 catalyst (where x is the copper loading) were synthesized, characterized and tested in the CO preferential oxidation reaction. The effects of metal content, support composition, support preparation method and catalysts preparation method were evaluated. Experimental results showed that the metallic content influences the catalytic performance and the catalyst with 1% of copper content was the most active and selective for the PROX-CO. That catalyst also showed the best performance at lower temperature reaction. The study of the effect of support nature in the PROX-CO reaction showed that the strong interaction copper-ceria is a determining factor for the good performance of the catalysts. With alumina or ceria/alumina supports, the metal-support interaction is weaker and, in consequence, the catalysts were less active and selective. The preparation method study of ceria support showed that morphologic characteristics from its synthesis lead to different results of catalytic activity. The catalyst preparation method was important to catalytic activity results. The solids prepared by impregnation and citrate method were more active and selective than others. Although the catalysts synthesized by the deposition-precipitation and co-precipitation methods have also been active for the PROX-CO. / A reação de oxidação preferencial do CO (PROX-CO) tem sido extensivamente estudada nos últimos anos. Com o objetivo de purificar o H2 para o uso nas células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC), esta reação reduz os níveis de CO que saem do gás reformado para valores tolerados pelo eletrocatalisador de platina. A busca por substituintes de metais nobres como Pt e Au, os primeiros catalisadores utilizados na reação de PROX-CO, tem sido o objetivo de vários estudos. Entre os sólidos propostos para este objetivo, o sistema Cu-O-Ce tem atraído considerável atenção. Estes catalisadores mostram-se ativos e seletivos para em temperaturas apropriadas para aplicação nas células PEMFC, além de apresentarem custo baixo. A interface metal-suporte do sistema Cu-O-Ce favorece a reação de oxidação do CO e algumas de suas propriedades como dispersão metálica, tamanho de partícula e morfologia são determinantes para o bom desempenho destes catalisadores. Neste presente trabalho, catalisadores do tipo xCuO/CeO2 e xCuO/CeO2-Al2O3 (onde x é o teor de cobre) foram sintetizados, caracterizados e testados na reação de oxidação preferencial do CO. Os efeitos do teor metálico, composição do suporte, método de preparação do suporte e dos catalisadores foram estudados. Os resultados experimentais mostraram que o teor metálico influencia na atividade catalítica e que o sólido com 1% de cobre foi o mais ativo e seletivo para a PROX-CO, uma vez que a dispersão do metal na superfície do suporte, mostrada pelas técnicas de caracterização, favorece a reação de PROX-CO. Este catalisador também mostrou melhor desempenho em baixas temperaturas. O estudo do efeito do suporte na reação de PROX-CO mostrou que a forte interação cobre-céria é um fator determinante para o bom desempennho catalítico. Com os suportes alumina pura ou céria/alumina, a interação metalsuporte é mais fraca e, como conseqüência, os catalisadores são menos ativos e seletivos, seja a altas temperaturas de reação, seja a baixas temperaturas reacionais. O método de preparação da céria mostrou que as características morfológicas de cada síntese levam a diferentes resultados catalíticos. E pelas análises de MEV e MET, mostrou-se que no método de preparação hidrotérmico, o cobre está mais disperso na superfície. O método de preparação dos catalisadores foi importante nos resultados de atividade catalítica. Os sólidos preparados por impregnação e pelo método do citrato apresentaram-se mais ativos e seletivos que os preparados pelos outros métodos, embora os preparados por deposiçãoprecipitação e co-precipitação também tenham sido ativos para a PROX-CO.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3065.pdf: 1202640 bytes, checksum: 62fc4113b41adbcf24a0c34bb080f6d9 (MD5) Previous issue date: 2010-03-31 / Universidade Federal de Sao Carlos / The objective of this work is to study the preferential oxidation (PROX) of carbon monoxide in H2-rich feed streams over Pt-Fe/CeO2 catalysts in a feed gas composed of 3% CO, 1.5% O2, 80% H2, and N2 (for balance). The temperature effect (in the 100-300ºC range) and the Pt and Fe load ones were also analyzed. In order to further understand those catalysts performance, a study comparing them to the monometallic Pt/CeO2 and Fe/CeO2 catalysts, both prepared identically with the same Pt and Fe loading, was conducted. The catalysts were prepared by wet impregnation and the support by the hydrothermal method. The solids were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), B.E.T Surface Area and Temperature Programmed Reduction (TPR). The catalytic reaction experiments were conducted under atmospheric pressure. The results pointed that the activity and selectivity curves of the Pt/CeO2 catalysts showed a decrease on the 100 -200ºC temperature range. Conversely, both curves of conversion and selectivity became increasingly above 200ºC, suggesting the occurrence of the water-gas shift reaction (WGSR). The 0.6% Pt/CeO2 catalyst was not only the most active at 200ºC but also the most selective in the whole temperature range for the PROX reaction. Furthermore, an increase in CO conversion was shown by all promoted catalysts, in which the 3% Pt catalyst presented the strongest promoter effect, with a significant increase on both CO conversion and selectivity. / O presente trabalho teve por objetivo estudar a reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono (PROX), em um fluxo rico em H2, sobre catalisadores Pt-Fe/CeO2 sob um fluxo de alimentação contendo 3,0% CO, 1,5% O2, 80% H2 e N2 para o equilíbrio. Avaliou-se o efeito da temperatura e do teor de Pt e Fe. Para um melhor entendimento do comportamento desses catalisadores foi feito um estudo comparativo com catalisadores monometálicos preparados de forma idêntica e contendo os mesmos teores de Pt e Fe. Os catalisadores foram preparados por impregnação e o suporte pelo método hidrotérmico. Os sólidos foram caracterizados por difração de raios-x (DRX), área superficial específica (B.E.T) e redução à temperatura programada (TPR). Os experimentos de reação catalítica foram conduzidos sob pressão atmosférica. Os catalisadores de Pt/CeO2 apresentaram um decréscimo tanto na curva de conversão quanto na de seletividade no intervalo de temperatura de 100 a 200ºC. Acima de 200ºC as curvas de conversão e seletividade tornam-se crescentes sugerindo a ocorrência da reação de deslocamento gás-água. O catalisador 0,6% Pt/CeO2 foi o mais ativo até 200ºC e mais seletivo em todo o intervalo de temperatura. Todos os catalisadores bimetálicos apresentaram um aumento na conversão de CO, sendo que o efeito do ferro foi mais pronunciado no catalisador de 3%Pt-3,0%Fe/CeO2, aumentando significativamente a conversão de CO e a seletividade.

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Dans une première partie, nous étudions la stabilité des solutions d'une inégalité variationnelle de la forme cône normal perturbé par une fonction. Pour ce faire, nous généralisons la méthode de S. Robinson, basée sur le degré topologique, aux espaces de Hilbert et à une classe de multi-applications non nécessairement convexes, appelées multi-applications prox-régulières.  Dans une deuxième partie, nous étudions des problèmes de contrôle optimal liés à la modélisation de problèmes de bio-procédés, et l'on s'intéresse à des contraintes périodiques sur l'état. Ainsi, nous étendons les résultats d'existence de solutions périodiques des EDOs de Kolmogorov au cadre du contrôle en rajoutant un paramètre contrôlé à ces équations. Ceci nous permet d'étudier par la suite un problème de commande optimale d'un chemostat sous forçage périodique, et d'en déduire la synthèse optimale pour ce problème. / In the first part, we study stability of solutions of a variational inequality of the form normal cone perturbed by a mapping. To do so, we generalize the method introduced by S. Robinson, based on the topological degree, to the general Hilbert setting on the class of non-necessarily convex set-valued mapping, called prox-regular set-valued mapping. In the second part, we study optimal control problems connected to the modelization of bio-processes and we consider periodic constraints on the state variable. We first extend the existence result of periodic solutions of Kolmogorov ODEs to the setting of control by adding a controlled parameter to those ODEs. This allows us to study an optimal control problem modeling a chemostat under a periodic forcing for which we give the optimal synthesis.

Cette thèse est consacrée à l'étude d'existence de solutions pour certains problèmes d'évolution. Il s'agit de processus de rafle perturbés associés d'une part à des ensembles prox-réguliers et d'autre part à des ensembles sous-lisses. Les ensembles sont supposés évoluer de façon lipschitzienne ou absolument continue. / This dissertation is devoted to the study of the existence of solutions for some evolution problems. The study is concerned with perturbed sweeping processes associated on the one hand with prox-regular sets and the other hand with subsmooth sets. It is assumed that the sets move either in a Lipschitz way or in an absolutely continuous way.

La thèse est constituée de cinq chapitres. Le premier chapitre est consacré à étudier le sous-différentiel de Hölder ainsi que le cône normal de Hölder. Nous établissons différentes règles de calcul pour ce type de sous-différentiel. La relation entre le sous-différentiel de Hölder de la fonction distance et le cône normal de Hölder d'un ensemble S en un point x est également traitée dans le cas où x est dans S ou en dehors de S. Le deuxième chapitre étudie les fonctions inférieurement $s$-régulières dans un espace de Banach. Cette classe de fonctions est une extension de celle dite "Primal lower nice functions" (pln en abrégé), introduite par R.A. Poliquin dans les espaces de dimension finie. Le but de cette partie est de donner dans le contexte d'espaces Banachiques plus généraux, une caractérisation sous-différentielle de ces fonctions ainsi que l'égalité avec d'autres sous-différentiels connus. Nous nous intéressons dans le troisième chapitre à l'étude des propriétés de différentiabilité de l'enveloppe de Moreau d'une fonction inférieurement $s$-régulière. Nous établissons entre autres, sous des conditions assez générales, que l'enveloppe de Moreau d'une telle fonction est de classe C^{1,alpha} et que l'application proximale associée est Höldérienne.Dans les chapitres 4 et 5, nous obtenons des résultats d'existence de solutions d'inégalités variationnelles. Nous considérons le cas d'inclusion différentielle associée au sous-différentiel d'une fonction plr avec une perturbation. Le cas d'inclusion différentielle gouvernée par le cône normal d'un ensemble prox-régulier est aussi étudié. / The thesis contains five chapters. The first chapter is devoted to study the Hölder subdifferential and the Hölder normal cone. We establish different calculus rules for this type of subdifferential. The relationship between the Hölder subdifferential of the distance function and the Hölder normal cone of a set S at a point x is also studied in the case where either x is in S or outside of S. The second chapter studies the s-lower regular functions in a Banach space. This class of functions is an extension of the Primal lower nice functions ( pln for short) introduced by R.A. Poliquin in finite dimensional spaces. The purpose of this section is to establish in the context of general Banach spaces, a subdifferential characterization of these functions as well as the equality with other known subdifferentials. We are interested in the third chapter in the study of differentiability properties of the Moreau envelope associated to an s-lower regular function. We show, under enough general conditions that, the Moreau envelope of such functions is of class C^{1,alpha} and the associated proximal mapping is Hölderian. In chapters 4 and 5, we obtain existence results of solution of variational inequalities. We consider the case of differential inclusion associated to plr functions with single-valued perturbation. The case of differential inclusion governed by the normal cone of prox-regular sets is also studied.

L’activité catalytique de l’or en réaction d’oxydation préférentielle du CO (PROX) dépend de plusieurs facteurs tels que la nature du support, l’ajout de promoteurs, la taille des particules ou la nature du prétraitement. L’objectif de cette thèse a donc été de clarifier l’influence de ces paramètres sur cette réaction en utilisant des catalyseurs à base d’or modifiés. Dans une 1ère partie, nous avons étudié un système à base d’or supporté sur des oxydes Ce-Fe préparés par co-imprégnation ou imprégnations successives en faisant varier le rapport Ce/Fe. Le dopage de la cérine par le fer conduit à la formation d’une solution solide qui améliore l’activité en PROX en raison d’une mobilité d’oxygène accrue. Dans une 2ème partie, nous avons évalué une série de supports (Al2O3, CeO2 et Ce2Zr2O7) pour optimiser le dépôt de Au, Cu ou Au-Cu. La combinaison Au-Cu/CeO2 s’est révélée être la meilleure en PROX. Nous avons donc étudié l’influence du rapport Au/Cu (1/3, 1/1 ou 3/1) ainsi que l’influence du pré-traitement (calcination ou réduction) sur ce système. Les catalyseurs ont été systématiquement caractérisés par des méthodes physico-chimiques (BET, DRX, MET, XPS, RTP, FTIR). Les performances catalytiques du système Au-Cu/CeO2 dépendent fortement de la taille des particules, de l’état chimique de l’or déterminé par XPS, de l’interaction Au-support et de la distribution de surface des 2 métaux. Une étude cinétique corrélée à de l’infrarouge à transformée de Fourier a permis d’établir un mécanisme de réaction d’oxydation de CO dans le lequel CO adsorbé réagit avec O2 adsorbé pour conduire à la formation de CO2. / The catalytic activity of gold for CO preferential oxidation in rich hydrogen (PROX) is generally influenced by various parameters such as the nature of support, the addition of a promoter, the particle size or the pre-treatment. Therefore, the objectives of this work were to clarify the influence of these parameters on a series of modified gold catalysts in PROX reaction. In a 1rst part, we have studied a system based on Au supported on Ce-Fe oxides prepared by co-precipitation or impregnation with various Ce/Fe ratios. The doping of CeO2 by iron led to the formation of a solid solution which improved the PROX activity due to an increase of the oxygen mobility. In a 2nd part, a series of supports (Al2O3, CeO2, and Ce2Zr2O7) was evaluated in order to load Au, Cu or Au-Cu. The combination of Au-Cu/CeO2 was shown to be the best system. The influence of Au/Cu (1/3, 1/1 or 3/1) ratio was therefore undertaken along with the effect of the pre-treatment (calcination or reduction). The catalysts have been systematically characterized by physico-chemical techniques (BET, XRD, TEM, XPS, TPR, FTIR). The kinetics of PROX reaction and CO oxidation mechanism on Au-Cu/CeO2 were explored and correlated with an FTIR study. The catalytic performances of these catalysts are strongly dependent upon the particle size of the metal, the chemical state of gold, the gold-support interaction and the surface distribution of Au and Cu. We have proposed a CO oxidation mechanism in which adsorbed CO reacts with adsorbed O2 to produce CO2.