A obtenção de pentóxido de vanádio mesoporoso, bem como a síntese, caracterização e estudo das propriedades de novos compostos híbridos, formado a partir do xerogel de pentóxido de vanádio e do pentóxido de vanádio mesoporoso, intercalados com espécies convidadas, foram os objetivos desta tese. O interesse nestes materiais, que apresentam uma considerável gama de modificações estruturais e químicas, é devido a possibilidade de arquitetar propriedades específicas e produzir novos materiais visando aplicações em óptica, catálise, dispositivos eletrônicos e sensores. Os compostos híbridos foram obtidos mediante a reação de intercalação utilizando espécies diretivas estruturais, como cloreto de cetilpiridínio, e materiais poliméricos, como óxido de polietileno e poli o-metoxianilina, introduzidos no interior do óxido em questão. O método de síntese é simples e relativamente rápido, uma vez que os materiais são obtidos em, no máximo, 10 dias, além de não ser necessário o monitoramento durante o período de preparação e secagem. Os resultados experimentais apontaram que houve uma expansão interplanar, bem como, as propriedades eletroquímicas dos compósitos apresentaram uma maior estabilidade de após vários ciclos quando comparados ao xerogel de pentóxido de vanádio, indicando uma reação de intercalação. Uma outra etapa deste trabalho foi à obtenção de óxido de vanádio mesoporoso. A formação de mesoporos foi confirmada pelas isotermas de adsorção/desorção. Em seguida, foi realizada a reação de intercalação com a introdução de óxido de polietileno e poli o-metoxianilina. A reação de intercalação utilizando esses polímeros na matriz mesoporosa proporcionou o aumento da mobilidade de íons lítio bem como um aumento na carga total, durante a reação redox, resultando num efeito sinérgico. Neste contexto, pode-se afirmar que, o método empregado mostrou-se extremamente atrativo devido a sua simplicidade de realização, além de possibilitar a obtenção de materiais com potencial aplicação como dispositivos eletroquímicos, baterias, e sensores químicos. / Synthesis, characterization of vanadium pentoxide mesoporous and studies of properties of hybrids compound based on vanadium oxide xerogel and vanadium pentoxide mesoporous, intercalated with guest species have been the main of this thesis. The interest in those materials, that present a considerable structural and chemical modification, is due to the possibility to tailor specific properties and produce new materials to application in optic, catalysis, electronic displays and sensors. The hybrid compounds were obtained from intercalation reaction utilizing templates agent such cetylpyridinium chloride and polymerics species such polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the oxide. The synthesis is simple and relatively fast, and those materials are obtained, in a maximum, 10 days, even though it is not necessary the monitoring during the preparation and dry. The experimental results show an increase of interplanar, as well as, electrochemical properties of composites presented a better stability after several cycles as compared to vanadium pentoxide xerogel, indicating an intercalation reaction. Another stage of this work was to obtain the mesoporous vanadium pentoxide. The presence of porous was confirmed by adsorption isothermal method. Afterwards, it was realized the intercalation reaction with the polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the matrix. The intercalation reaction using polymers into the porous matrix resulted an increase of Li+ ions mobility as well as an increase of total charge during the redox reaction resulting a synergic effect. In this context, it can be state that, the method used showed extremely attractive due to its simple synthesis, as well as it has the possibility of obtain materials with potential application such electrochemical displays, batteries and chemical sensors.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bildung von Methoxygruppen auf als Modellkatalysatoren dienenden V2O3(0001)- und V2O5(001)-Oberflächen untersucht. Dieses ist ein Zwischenschritt einer industriell bedeutsamen Reaktion, der oxidativen Dehydrierung von Methanol zu Formaldehyd.Unter typischen UHV-Bedingungen wird die V2O3(0001)-Oberfläche von Vanadylgruppen und die V2O5(001)-Oberfläche von Doppelreihen aus Vanadylgruppen terminiert. Die Sauerstoffatome dieser Vanadylgruppen können durch Elektronenstrahlen entfernt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, den Grad der Oberflächenreduktion durch die Elektronenstrahldosis zu variieren. Vanadylterminierte V2O3(0001)-Oberflächen sind unreaktiv im Hinblick auf die partielle Oxidation von Methanol. Die höchste Reaktivität weist eine nur schwach reduzierte Oberfläche auf. Details der Methanoladsorption sind mittels STM untersucht worden. Dabei wurde herausgefunden, dass n elektronenstrahl-induzierte Defekte zu 2n Methoxygruppen führen. Diese zusätzlichen Adsorptionsplätze werden durch desorbierendes Wasser, welches aus miteinander kombinierenden Hydroxygruppen entsteht, gebildet.Defektfreie V2O5(001)-Oberflächen sind ebenso inaktiv bezüglich der Formaldehydproduktion. Die höchste Reaktivität wurde wiederum für eine nur schwach reduzierte Oberfläche gefunden. Durch die gleichzeitige Desorption von rekombiniertem Methanol und Wasser sind bei Raumtemperatur nicht alle Defekte belegt, woraus sich eine geringere Menge Formaldehyd, verglichen mit V2O3,ergibt. Dosiert man eine große Menge Methanol bei Raumtemperatur, ist dieses nicht der Fall. Methoxygruppen werden auf der Oberfläche erst stabilisiert, wenn der Wasserstoff in Form von Wasser desorbiert ist. Daraus resultiert eine Zeitabhängigkeit der Methoxybedeckung, die durch kinetische Modelle gut reproduziert werden kann. / The formation of methoxy groups, which is an intermediate step in the oxidative dehydrogenation of methanol to formaldehyde has been investigated on the surface of two model catalysts, V2O3(0001) and V2O5(001).Under typical UHV-conditions a layer of vanadyl groups terminates the V2O3 films whereas the V2O5 films are terminated by double rows of vanadyl groups. The oxygen atoms of the vanadyl groups can be removed by electron irradiation. The applied dose controls the degree of reduction. Vanadyl terminated V2O3(0001) surfaces were found to be unreactive towards the partial oxidation of methanol. The highest reactivity is observed for a partial vanadium termination. Details of the surface reaction were investigated with STM. It was found that n electron induced surface defects lead to the formation of 2n methoxy groups. The additional adsorption sites were created by water desorption, which is formed by the combination of hydroxy groups. Defect free V2O5(001) films were also shown to be inactive for formalde-hyde production. The highest reactivity is found for a partially reduced surface. But here the simultaneous formation of methanol and water via recombination is a likely process. This leads to a decrease of the surface methoxy coverage. At room temperature not all reactive defects are covered which gives a relatively low formaldehyde yield. Dosing a relatively large dose of methanol at room temperature leads to an almost full coverage of the defects and to a higher formaldehyde yield. The way to stabilize methoxy up to the formaldehyde formation temperature is removal of hydrogen out of the system by water formation. This competes with methanol formation for hydrogen atoms. These processes lead to a certain time dependence of the methoxy concentration, which could be well reproduced with kinetic modelling.

In der vorliegenden Arbeit wurden das Wachstum und die Oberflächenstruktur von definier-ten V2O3-, V2O5- und MoO3-Filmen auf Au(111) sowie deren Einsatz als Modellsysteme zur Untersuchung von Elementarreaktionen auf Vanadiumoxid- und Molybdänoxid-basierten selektiven Oxidationskatalysatoren untersucht. Im Falle von V2O3(0001) befindet sich an der Oberfläche der Filme eine Lage von Vanadylgruppen, welche kein Bestandteil der Kristall-struktur sind. Die O Atome der Vanadylgruppen können durch Elektronenbeschuss definiert entfernt werden, wodurch eine partiell oder vollständig V-terminierte Oberfläche erzeugt werden kann. Der Grad der Oberflächenreduktion wird durch die Elektronendosis festgelegt. Dieses ermöglicht eine Untersuchung des Einflusses der Vanadylgruppen und der unterkoor-dinierten V-Ionen auf die Reaktivität der Modellkatalysatoren. Die Präparation von defektar-men V2O5(001)- und MoO3(010)-Filmen ist erstmals in der vorliegenden Arbeit dokumen-tiert. Diese Filme wurden mittels Oxidation in einer Hochdruckzelle bei einem Sauerstoffdruck von 50 mbar hergestellt. Anders als in vielen Publikationen berichtet sind diese hochkristallinen Schichten unter UHV-Bedingungen weitgehend reduktionsbeständig. Oberflächenverunreinigungen und Defekte scheinen aber einen großen Einfluss auf die Redu-zierbarkeit zu haben. Die von den Strukturen der regulären Oxide abweichenden Strukturen der Koinzidenzgitter von V2O5- und MoO3-Monolagen werden durch die Wechselwirkung mit der Au(111)-Unterlage stabilisiert, was vermutlich durch die einfache Verschiebbarkeit von Koordinationseinheiten in V und Mo-Oxiden erleichtert wird. Für beide Oxide beginnt das Wachstum regulärer Oxidstrukturen erst nach Vollendung der zweiten Lage. Die für geträgerte V2O5-Katalysatoren häufig vorgebrachte Annahme, dass V2O5-Kristallkeimbildung direkt auf einer Monolage stattfindet, sollte somit mit Vorsicht betrachtet werden. / The growth and the surface structure of well-ordered V2O3, V2O5 and MoO3 thin films have been investigated in this work. These films are seen as model systems for the study of ele-mentary reaction steps occurring on vanadia and molybdena-based selective oxidation cata-lysts. It is shown that well-ordered V2O3(0001) thin films can be prepared on Au(111). The films are terminated by vanadyl groups which are not part of the V2O3 bulk structure. Elec-tron irradiation specifically removes the oxygen atoms of the vanadyl groups, resulting in a V-terminated surface. The fraction of removed vanadyl groups is controlled by the electron dose. Such surfaces constitute interesting models to probe the relative role of both the vanadyl groups and the undercoordinated V ions at the surface of vanadia catalysts. The growth of well-ordered V2O5(001) and MoO3(010) thin films containing few point defects is reported here for the first time. These films were grown on Au(111) by oxidation under 50 mbar O2 in a dedicated high pressure cell. Contrary to some of the results found in the literature, the films are not easily reduced by annealing in UHV. This evidences the contribution of radiation and surface contamination in some of the reported thermal reduction experiments. The growth of ultrathin V2O5 and MoO3 layers on Au(111) results in formation of interface-specific monolayer structures. These layers are coincidence lattices and they do not correspond to any known oxide bulk structure. They are assumed to be stabilized by electronic interaction with Au(111). Their formation illustrates the polymorphic character and the ease of coordination units rearrangement which are characteristic of both oxides. The formation of a second layer apparently precedes the growth of bulk-like crystallites for both oxides. This observation is at odds with a common assumption that crystals nucleate as soon as a monolayer is formed dur-ing the preparation of supported vanadia catalysts.

O uso do óxido de nióbio como promotor e como suporte tem sido investigado em numerosas aplicações catalíticas, tais como, na oxidação seletiva, conversão de hidrocarbonetos, polimerização, eliminação de poluentes (NOx), desidrogenação, etc. Sabe-se que a adição de nióbio na γ-Al2O3 melhora a acidez, a seletividade e a estabilidade térmica e, conseqüentemente, a atividade catalítica desses materiais. A atividade catalítica dos sistemas contendo nióbia suportada é decorrente das diferentes espécies redox do óxido de nióbio presentes nas superfícies do sólido. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do teor de nióbio e vanádio no sistema catalítico V2O5/Nb2O5-Al2O3 na reação de desidrogenação oxidativa do propano. A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 (área específica e volume de poros), redução a temperatura programada, difratometria de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. / The use of niobium oxide as a promoter and as a support has been investigated in various catalyst applications, such as selective oxidation, hydrocarbonate conversion, polymerization, elimination of (NOx) pollutants, dehydrogenation, etc. It is known that adding niobium to γ-Al2O3 improves acidity, selectivity and thermal stability and consequently the catalyst activity of these materials. The catalyst activity of systems containing supported niobium is due to the different redox species of niobium oxide present on the solid surface. This study aims to evaluate the influence of the niobium and vanadium content in the V2O5/Nb2O5-Al2O3 catalyst system in the propane oxidative dehydrogenation reaction. Aiming the target of this study, the following characterization techniques were used: N2 volumetry (specific area and pore volume), temperature-programmed reduction, X-ray diffractometry (DRX), and Raman spectroscopy. The acid-base properties of the supports and catalysts were studied through isopropanol decomposition reaction.

Materiais auto-organizados constituídos de V2O5 xerogel, poli(etilenoimina) (PEI) e nanopartículas de carbono (NpCs) foram obtidos por meio da técnica camada-por-camada (LbL). A metodologia aplicada permitiu a obtenção de filmes finos com elevado controle de espessura além de permitir um crescimento linear dos filmes, denominados neste trabalho V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs. Além disso, o desempenho eletroquímico dos materiais auto-organizados foi comparado a um eletrodo de V2O5. Análises de FTIR mostraram que interações específicas entre os grupos amina do PEI e os grupos carboxila do V2O5 são responsáveis pelo crescimento do filme. Estas interações permitem a formação de um campo eletrostático capaz de blindar as interações entre os íons lítio e os oxigênios da vanadila (V=O) e, por consequência, são responsáveis pelo aumento na mobilidade iônica dos íons lítio no interior da matriz hospedeira e, portanto, um aumento na capacidade de armazenamento de carga. Resultados obtidos através de medidas de carga/descarga mostram que o V2O5/PEI/NpCs apresenta uma melhor desempenho do que os demais materiais estudados neste trabalho. Estes resultados mostram que a capacidade específica do V2O5/PEI/NpCs foi de 137 mA h g-1 para a menor densidade de corrente aplicada e aproximadamente 1,6 vezes maior do que os valores de capacidade específica para os outros materiais para a maior densidade de corrente aplicada. Além disso, estas medidas permitiram a observação de uma menor variação na razão estequiométrica máxima (xmáx) em função das densidades de corrente aplicadas para os filmes auto-organizados, fato este relacionado a uma maior mobilidade iônica dos íons lítio no interior dessas matrizes. Os resultados obtidos a partir de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) mostraram que a difusão dos íons lítio no interior das matrizes auto-organizadas é maior do que no caso do V2O5, cujos valores do coeficiente de difusão foram de 1,64 x 10-15, 1,21 x 10-14 e 2,26 x 10-14 cm2 s-1 para os filmes V2O5, V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs, respectivamente. Sendo assim, o polímero e as NpCs promoveram novos caminhos condutores e permitiram a conexão elétrica entre camadas isoladas da matriz V2O5. Dessa forma, novos nanocompósitos foram obtidos visando demonstrar o método de auto-organização empregado para melhorar o transporte de carga em matrizes hospedeiras. / Self-assembled materials constituted of V2O5 xerogel, poly (ethyleneimine) (PEI), and carbon nanoparticles (CNPs) were obtained by the layer-by-layer (LbL) technique. The applied methodology permitted the obtainment of thin films with high thickness control and also permitted a linear growth of the films, which will be named V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs. Besides, the electrochemical performance of the self-assembled materials was compared to a V2O5 electrode. FTIR analyses showed that the specific interactions between the amine groups of PEI and the vanadyl groups of the V2O5 are responsible for the film growth. These interactions permitted the formation of an electrostatic shield capable of hindering the interactions between the lithium ions and the vanadyl oxygen atoms (V=O) and are consequently responsible for the enhancement on the ionic mobility of the lithium ions within the host matrix, leading to a higher energy storage capability. Results obtained by the charge/discharge measurements showed that V2O5/PEI/CNPs presents a better performance than the other materials studied for this research. These results demonstrated that the specific capacity of the V2O5/PEI/CNPs was 137 mA h g-1 under the lowest current density applied and approximately 1.6 times higher than the specific capacity values obtained for the other materials under the highest current density applied. Moreover, it was observed that the variation of the maximum stoichiometric ratio (xmax) as a function of the current density is lower for the self-assembled materials than for the V2O5 electrode, which can be related to the higher ionic mobility of the lithium ion within the self-assembled materials. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) data demonstrated that the diffusion of the lithium ions within the self-assembled materials is higher than within the V2O5 electrode, and the diffusion coefficients were 1.64 x 10-15, 1.21 x 10-14 e 2.26 x 10-14 cm2 s-1 for V2O5, V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs, respectively. Thus, the polymer and the CNPs provided new conducting pathways and connected isolated V2O5 chains in the host matrix. Therefore, novel spontaneous nanocomposites were formed, aiming to demonstrate the self-assembled method adopted for improving charge transport within host matrices.

Catalisadores baseados em óxidos metálicos têm sido muito utilizados nos últimos anos para a desidrogenação oxidativa de alcanos leves. Dentre os principais catalisadores, estão os sistemas contendo V2O5, Nb2O5 e Al2O3. O processo de desidrogenação oxidativa do propano (DOP) representa uma via alternativa importante para a produção de propileno sob menores temperaturas, porém sua prática vem sendo limitada pela diminuição dos valores de seletividade ao propeno com o aumento da conversão do reagente. Metais alcalinos, dentre eles o potássio, são frequentemente utilizados como promotores em reações de oxidação seletiva com o objetivo de proporcionar melhores seletividades catalíticas aos mecanismos de reação, devido à redução da acidez e ao aumento da basicidade na superfície dos catalisadores. O projeto proposto tem como objetivo principal criar uma metodologia de síntese de novos suportes Nb2O5-Al2O3 e catalisadores V2O5-Nb2O5-Al2O3 dopados com potássio a serem utilizados em processos petroquímicos para a produção de olefinas leves. Para tanto, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: espectrometria de absorção atômica, espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), volumetria de N2, difratometria de raios X (DRX) e redução à temperatura programada (RTP). As características ácidas e/ou básicas e a atividade catalítica dos suportes e catalisadores foram medidas pelas reações de decomposição do isopropanol e de desidrogenação oxidativa do propano, respectivamente. / Catalysts based on metal oxides have been extensively used in recent years for the oxidative dehydrogenation of light alkanes. Among the main catalysts, there are the systems containing V2O5, Nb2O5 e Al2O3. The oxidative dehydrogenation of propane (ODH) provides a potential low-temperature route for the synthesis of propylene, but its practice has been limited by a marked decrease in propene selectivity with increasing conversion of reactant. Alkali metals, such as potassium, are frequently used as promoters in selective oxidation reactions with the objective of providing higher selectivity in catalytic reaction mechanisms, due to the reduced acidity and increasing basicity of the catalysts surface. The considered project has as major objective create a new synthesis methodology of Nb2O5-Al2O3 supports and V2O5-Nb2O5-Al2O3 potassium-doped catalysts to be used in petrochemical processes for the production of light olefins. For in such a way, the following characterization techniques were used: atomic absorption spectrometry, inductively coupled plasma optic emission spectroscopy (ICP-OES), N2 volumetry, X-ray diffractometry (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The properties acid and/or basic and the catalytic activity of supports and catalysts were evaluated by the isopropanol decomposition and oxidative dehydrogenation of propane reactions, respectively.

Catalisadores baseados em óxidos metálicos têm sido muito utilizados nos últimos anos para a desidrogenação oxidativa de alcanos leves. Dentre os principais catalisadores, estão os sistemas contendo V2O5, Nb2O5 e Al2O3. O processo de desidrogenação oxidativa do propano (DOP) representa uma via alternativa importante para a produção de propileno sob menores temperaturas, porém sua prática vem sendo limitada pela diminuição dos valores de seletividade ao propeno com o aumento da conversão do reagente. Metais alcalinos, dentre eles o potássio, são frequentemente utilizados como promotores em reações de oxidação seletiva com o objetivo de proporcionar melhores seletividades catalíticas aos mecanismos de reação, devido à redução da acidez e ao aumento da basicidade na superfície dos catalisadores. O projeto proposto tem como objetivo principal criar uma metodologia de síntese de novos suportes Nb2O5-Al2O3 e catalisadores V2O5-Nb2O5-Al2O3 dopados com potássio a serem utilizados em processos petroquímicos para a produção de olefinas leves. Para tanto, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: espectrometria de absorção atômica, espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), volumetria de N2, difratometria de raios X (DRX) e redução à temperatura programada (RTP). As características ácidas e/ou básicas e a atividade catalítica dos suportes e catalisadores foram medidas pelas reações de decomposição do isopropanol e de desidrogenação oxidativa do propano, respectivamente. / Catalysts based on metal oxides have been extensively used in recent years for the oxidative dehydrogenation of light alkanes. Among the main catalysts, there are the systems containing V2O5, Nb2O5 e Al2O3. The oxidative dehydrogenation of propane (ODH) provides a potential low-temperature route for the synthesis of propylene, but its practice has been limited by a marked decrease in propene selectivity with increasing conversion of reactant. Alkali metals, such as potassium, are frequently used as promoters in selective oxidation reactions with the objective of providing higher selectivity in catalytic reaction mechanisms, due to the reduced acidity and increasing basicity of the catalysts surface. The considered project has as major objective create a new synthesis methodology of Nb2O5-Al2O3 supports and V2O5-Nb2O5-Al2O3 potassium-doped catalysts to be used in petrochemical processes for the production of light olefins. For in such a way, the following characterization techniques were used: atomic absorption spectrometry, inductively coupled plasma optic emission spectroscopy (ICP-OES), N2 volumetry, X-ray diffractometry (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The properties acid and/or basic and the catalytic activity of supports and catalysts were evaluated by the isopropanol decomposition and oxidative dehydrogenation of propane reactions, respectively.

Catalisadores à base de óxidos metálicos têm sido muito utilizados nas indústrias do petróleo, de química fina e no controle de poluição. A seleção adequada do óxido metálico como suporte, do catalisador e o uso de coberturas superficiais menores que uma monocamada dos componentes ativos, onde somente espécies MOx estão presentes sobre a superfície dos óxidos suportes, pode ser uma exigência para modificar as propriedades catalíticas de modo a obter uma boa eficiência do catalisador durante a reação. Óxidos metálicos do grupo V suportados têm uma grande variedade de aplicações catalíticas, e têm sido extensivamente investigados nos últimos anos. Catalisadores à base de óxido de vanádio suportado possuem excelentes propriedades redox e são principalmente empregados como catalisadores em processos de oxidação seletiva. Óxido de tântalo mássico é um sólido ácido com propriedades catalíticas e diversas aplicações têm sido reportadas. O suporte foi preparado pelo método de coprecipitação, utilizando proporções de 15 e 30% p/p de Ta2O5 em Al2O3. A adição de V2O5 sobre o suporte Ta2O5-Al2O3 foi realizada através de impregnação úmida com excesso de solvente, água, formando catalisadores com 2, 4 e 8 átomos de vanádio/nm². A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 para determinação da área específica e volume de poros, redução à temperatura programada (RTP), difratometria de raios-X (XRD), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), FTIR com adsorção de piridina e espectroscopia Laser Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. As propriedades texturais do suporte foram modificadas pela adição crescente do vanádio ao suporte, efeito este atribuído ao bloqueio dos microporos pelas espécies de vanádio superficiais. A metodologia empregada na preparação do suporte revelou um material amorfo ao DRX. Nos catalisadores, a adição crescente de vanádio promove a formação de cristais de V2O5 superficiais nas amostras com 4 e 8 átomos de V/nm². Nos resultados de RTP, os catalisadores apresentaram um único pico de redução do vanádio que corresponde à redução de V2O5 a V6O13. Nas análises de FTIR com adsorção de piridina verificou-se a diminuição da força dos sítios ácidos de Lewis, presentes em todos os catalisadores, com a adição de vanádio. Somente nos catalisadores com 8 átomos de V/nm² foram detectadas bandas referentes a sítios ácidos de Br?nsted. Nas análises de espectroscopia Raman não foi observada nenhuma banda característica de espécies VOx isoladas nas amostras, porém para coberturas abaixo de uma monocamada de V foram observadas bandas de espécies poliméricas. Bandas Raman de cristais de V2O5 foram características somente na amostra com 8 átomos de V/nm². A presença de sítios ácidos foi confirmada pela presença de propeno e éter diisopropílico como produtos da desidratação do isopropanol em todos os catalisadores. Com a adição de vanádio, sítios básicos ou redox também foram verificados pela presença de acetona produzida pela desidrogenação do isopropanol. / Metal oxides based catalysts have been very used in petroleum industry, fine chemical and pollution control. The adequate selection of the metal oxide as a support and catalyst, and the use of superficial covering with active compounds lower than a monolayer, where only MOx species are present on the support oxide surface, can be a requirement to modify the catalytic properties in order to have a good catalyst efficiency during the reaction. Supported metal oxides of group V have a large variety of catalytic applications, and have been widely investigated in the last years. Supported vanadium oxide based catalysts have excellent redox properties and they are mainly used as selective oxidation catalyst. Tantalum oxide is an acid solid with catalytic properties and many applications of supported tantalum oxide based catalysts have been reported. The supports were prepared by coprecipitation method, using the proportions of 15 and 30% of Ta2O5 in Al2O3. The addition of V2O5 on the support Ta2O5-Al2O3 was performed using the wet impregnation method with excess of solvent, water, forming catalysts with 2, 4 and 8 atoms of V/nm². In order to achieve the purpose of this work, the following characterization techniques were used: N2 volumetry to determine specific area and pore volume, temperature programmed reduction (TPR), X-ray difratometry, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Laser Raman spectroscopy. The acid/ basic properties of the support and catalysts were evaluated through isopropanol decomposition reaction. The textural properties of the supported were modified by the increasing addition of vanadium, effect attributed to micropores blocked by superficial vanadium species. The used methodology in the support preparation showed an amorphous material to XRD. In the catalysts, the increasing addition of vanadium promotes the formation of V2O5 superficial crystals in the samples with 4 and 8 atoms of V/nm². In the TPR results, the catalysts presented only one reduction peak corresponding to the V2O5 a V6O13 reduction. In the FTIR analysis with adsorbed pyridine, it was observed a decrease of acidity at Lewis acid sites, which were present in all catalysts samples. In the Raman spectroscopy analysis, it was not observed any characteristic band of isolated VOx species in the sample, although covering lower than a monolayer of vanadium, it was observed V=O bands due to surface polymeric vanadium oxide species. V2O5 crystal Raman bands were characteristics only in samples with 8 atoms of V/nm². The presence of acid sites was confirmed by the production of propane and diisopropyl ether as product of isopropanol dehydratation, observed for all catalysts. With V charge, basic and redox sites were verified as well by the production of acetone at isopropanol dehydrogenation.

O uso do óxido de nióbio como promotor e como suporte tem sido investigado em numerosas aplicações catalíticas, tais como, na oxidação seletiva, conversão de hidrocarbonetos, polimerização, eliminação de poluentes (NOx), desidrogenação, etc. Sabe-se que a adição de nióbio na γ-Al2O3 melhora a acidez, a seletividade e a estabilidade térmica e, conseqüentemente, a atividade catalítica desses materiais. A atividade catalítica dos sistemas contendo nióbia suportada é decorrente das diferentes espécies redox do óxido de nióbio presentes nas superfícies do sólido. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do teor de nióbio e vanádio no sistema catalítico V2O5/Nb2O5-Al2O3 na reação de desidrogenação oxidativa do propano. A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 (área específica e volume de poros), redução a temperatura programada, difratometria de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. / The use of niobium oxide as a promoter and as a support has been investigated in various catalyst applications, such as selective oxidation, hydrocarbonate conversion, polymerization, elimination of (NOx) pollutants, dehydrogenation, etc. It is known that adding niobium to γ-Al2O3 improves acidity, selectivity and thermal stability and consequently the catalyst activity of these materials. The catalyst activity of systems containing supported niobium is due to the different redox species of niobium oxide present on the solid surface. This study aims to evaluate the influence of the niobium and vanadium content in the V2O5/Nb2O5-Al2O3 catalyst system in the propane oxidative dehydrogenation reaction. Aiming the target of this study, the following characterization techniques were used: N2 volumetry (specific area and pore volume), temperature-programmed reduction, X-ray diffractometry (DRX), and Raman spectroscopy. The acid-base properties of the supports and catalysts were studied through isopropanol decomposition reaction.

Catalisadores à base de óxidos metálicos têm sido muito utilizados nas indústrias do petróleo, de química fina e no controle de poluição. A seleção adequada do óxido metálico como suporte, do catalisador e o uso de coberturas superficiais menores que uma monocamada dos componentes ativos, onde somente espécies MOx estão presentes sobre a superfície dos óxidos suportes, pode ser uma exigência para modificar as propriedades catalíticas de modo a obter uma boa eficiência do catalisador durante a reação. Óxidos metálicos do grupo V suportados têm uma grande variedade de aplicações catalíticas, e têm sido extensivamente investigados nos últimos anos. Catalisadores à base de óxido de vanádio suportado possuem excelentes propriedades redox e são principalmente empregados como catalisadores em processos de oxidação seletiva. Óxido de tântalo mássico é um sólido ácido com propriedades catalíticas e diversas aplicações têm sido reportadas. O suporte foi preparado pelo método de coprecipitação, utilizando proporções de 15 e 30% p/p de Ta2O5 em Al2O3. A adição de V2O5 sobre o suporte Ta2O5-Al2O3 foi realizada através de impregnação úmida com excesso de solvente, água, formando catalisadores com 2, 4 e 8 átomos de vanádio/nm². A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 para determinação da área específica e volume de poros, redução à temperatura programada (RTP), difratometria de raios-X (XRD), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), FTIR com adsorção de piridina e espectroscopia Laser Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. As propriedades texturais do suporte foram modificadas pela adição crescente do vanádio ao suporte, efeito este atribuído ao bloqueio dos microporos pelas espécies de vanádio superficiais. A metodologia empregada na preparação do suporte revelou um material amorfo ao DRX. Nos catalisadores, a adição crescente de vanádio promove a formação de cristais de V2O5 superficiais nas amostras com 4 e 8 átomos de V/nm². Nos resultados de RTP, os catalisadores apresentaram um único pico de redução do vanádio que corresponde à redução de V2O5 a V6O13. Nas análises de FTIR com adsorção de piridina verificou-se a diminuição da força dos sítios ácidos de Lewis, presentes em todos os catalisadores, com a adição de vanádio. Somente nos catalisadores com 8 átomos de V/nm² foram detectadas bandas referentes a sítios ácidos de Br?nsted. Nas análises de espectroscopia Raman não foi observada nenhuma banda característica de espécies VOx isoladas nas amostras, porém para coberturas abaixo de uma monocamada de V foram observadas bandas de espécies poliméricas. Bandas Raman de cristais de V2O5 foram características somente na amostra com 8 átomos de V/nm². A presença de sítios ácidos foi confirmada pela presença de propeno e éter diisopropílico como produtos da desidratação do isopropanol em todos os catalisadores. Com a adição de vanádio, sítios básicos ou redox também foram verificados pela presença de acetona produzida pela desidrogenação do isopropanol. / Metal oxides based catalysts have been very used in petroleum industry, fine chemical and pollution control. The adequate selection of the metal oxide as a support and catalyst, and the use of superficial covering with active compounds lower than a monolayer, where only MOx species are present on the support oxide surface, can be a requirement to modify the catalytic properties in order to have a good catalyst efficiency during the reaction. Supported metal oxides of group V have a large variety of catalytic applications, and have been widely investigated in the last years. Supported vanadium oxide based catalysts have excellent redox properties and they are mainly used as selective oxidation catalyst. Tantalum oxide is an acid solid with catalytic properties and many applications of supported tantalum oxide based catalysts have been reported. The supports were prepared by coprecipitation method, using the proportions of 15 and 30% of Ta2O5 in Al2O3. The addition of V2O5 on the support Ta2O5-Al2O3 was performed using the wet impregnation method with excess of solvent, water, forming catalysts with 2, 4 and 8 atoms of V/nm². In order to achieve the purpose of this work, the following characterization techniques were used: N2 volumetry to determine specific area and pore volume, temperature programmed reduction (TPR), X-ray difratometry, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Laser Raman spectroscopy. The acid/ basic properties of the support and catalysts were evaluated through isopropanol decomposition reaction. The textural properties of the supported were modified by the increasing addition of vanadium, effect attributed to micropores blocked by superficial vanadium species. The used methodology in the support preparation showed an amorphous material to XRD. In the catalysts, the increasing addition of vanadium promotes the formation of V2O5 superficial crystals in the samples with 4 and 8 atoms of V/nm². In the TPR results, the catalysts presented only one reduction peak corresponding to the V2O5 a V6O13 reduction. In the FTIR analysis with adsorbed pyridine, it was observed a decrease of acidity at Lewis acid sites, which were present in all catalysts samples. In the Raman spectroscopy analysis, it was not observed any characteristic band of isolated VOx species in the sample, although covering lower than a monolayer of vanadium, it was observed V=O bands due to surface polymeric vanadium oxide species. V2O5 crystal Raman bands were characteristics only in samples with 8 atoms of V/nm². The presence of acid sites was confirmed by the production of propane and diisopropyl ether as product of isopropanol dehydratation, observed for all catalysts. With V charge, basic and redox sites were verified as well by the production of acetone at isopropanol dehydrogenation.