El objetivo de esta tesis es estudiar la agrupación y el crecimiento de especies metálicas confinadas o soportadas en materiales porosos mediante espectroscopia de absorción de rayos X in situ. Para lograrlo, las especies de paladio y plata se han introducido en materiales porosos (¿-alúmina, carbón activo y zeolitas) mediante impregnación vía húmeda y métodos de intercambio iónico, respectivamente. Luego, el agrupamiento de estas especies metálicas se ha controlado mediante tratamientos de activación en diferentes atmósferas (inerte, oxidativa y reductiva) y seguido por XAS de manera detallada.
El objetivo principal del trabajo actual es demostrar que tanto XANES como EXAFS pueden proporcionar información valiosa y, en cierto punto, innovadora durante el control de especies metálicas (en términos de tipo y tamaño de las especies). Aprovechando los procedimientos de análisis inusuales, como el análisis de los cumulantes, el ajuste de la parte imaginaria de la transformada de Fourier y otros, es posible obtener información refinada sobre los sistemas investigados.
En la sección de introducción, se proporciona una compilación de estudios en los que se ha utilizado XAS como técnica importante para caracterizar especies metálicas en materiales porosos. Conscientes de que las personas pueden usar dicha introducción como base para estudios más complejos en el futuro, la discusión se ha dirigido tentativamente hacia este objetivo.
El capítulo 4 se centra en el estudio de la influencia de los precursores de paladio y la naturaleza del soporte en las nanopartículas resultantes. El proceso de activación completo, es decir, la transformación precursor --> nanopartícula, ha sido seguido por XAS in situ. El análisis estuvo compuesto por el punto de partida (material impregnado), calcinación en flujo de O2 y reducción posterior con H2. La consecuencia del uso de diferentes precursores metálicos y soportes se ha discutido en términos del número de coordinación promedio obtenido a partir del análisis de datos de EXAFS, que fue respaldado por técnicas de caracterización de laboratorio.
El capítulo 5 está dedicado al estudio de la agrupación de plata durante y después de los tratamientos de activación utilizando zeolitas de poro pequeño intercambiadas con plata como precursores y nanocontenedores. Se ha estudiado la influencia de la estructura y la composición química de los materiales basados en plata sobre las especies metálicas formadas en diferentes condiciones de agrupamiento y redispersión del metal (calcinación usando atmósferas distintas, reducción en H2, redispersión en O2) utilizando métodos de caracterización in situ o ex situ. Después, se discuten las consecuencias catalíticas de las zeolitas que contienen Ag en la reacción de SCO-NH3. En esta sección, la combinación de XAS in situ con varias técnicas de laboratorio ha demostrado ser fundamental para un completo entendimiento del trabajo.
Finalmente, una lista de proyectos desarrollados en paralelo a esta tesis se proporciona al final de este documento. / The aim of this thesis is to study the clustering and growth of metallic species either confined or supported in porous materials by in situ X-ray absorption spectroscopy. To accomplish this task, palladium and silver species were introduced into porous materials (¿-alumina, activated carbon and zeolites) by wetness impregnation and ion-exchange methods, respectively. Then, the clustering of these metallic species was controlled by activation treatments in different atmospheres (inert, oxidative and reductive) and followed by XAS in a comprehensive way.
The principal goal of current work is to demonstrate that both XANES and EXAFS can provide valuable and, at certain point, innovative information during tuning of metallic species (in terms of type and size). Taking advantage of unusual analysis procedures, such as cumulant approach, fitting of imaginary part of Fourier transform and others, it is possible to obtain refined information about the investigated systems.
In the introduction section, a compilation of studies in which XAS was used as important technique to characterize metallic species in porous materials is provided. Conscious that people can use such introduction as a basis for more complex studies in the future, the discussion has been tentatively directed toward this goal.
The chapter 4 is focused on the study of the influence of palladium precursors and the nature of support on the resultant nanoparticles. The whole activation process, i.e. the transformation precursor --> nanoparticle, was followed in situ by XAS. The analysis pathway was composed by the starting point (as-impregnated), calcination in O2 flow and posterior reduction with H2. The consequence of using distinct metal precursors and supports were discussed in terms of average coordination number obtained from EXAFS data analysis, which was co-supported by laboratory characterization techniques.
The chapter 5 is dedicated to the study of silver clustering during and after activation treatments using Ag-containing small-pore zeolites as precursors and nanocontainers. The influence of framework structure and chemical composition of Ag-based materials on formed Ag species at different clustering and metal redispersion conditions (calcination using distinct atmospheres, reduction in H2, redispersion in O2) were studied using either in situ or ex situ characterization methods. After, the catalytic consequences of tuned Ag-containing zeolites in SCO-NH3 are discussed. In this section, the combination of in situ XAS with several laboratory techniques proved to be pivotal to have a full picture of the investigated system.
Finally, a list of projects developed in parallel to this thesis is provided at the end of this document. / L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar l'agrupació i el creixement d'espècies metàl·liques confinades o suportades en materials porosos mitjançant espectroscòpia d'absorció de raigs X in situ. Per a això, les espècies de pal·ladi i plata s'han introduït en materials porosos (¿-alúmina, carbó activat i zeolites) per mitjà de la impregnació via humida i mètodes d'intercanvi iònic, respectivament. Una vegada preparats els materials, l'agrupament de les espècies metàl·liques s'ha controlat fent ús de tractaments d'activació en diferents atmosferes (inert, oxidant i reductora) s'ha estudiat exhaustivament per XAS.
L'objectiu principal del treball és demostrar que tant el XANES com l'EXAFS proporcionen informació rellevant i, en certa manera, innovadora per al control d'espècies metàl·liques (en termes de tipus i grandària d'aquestes espècies). Fent ús de procediments de tractament de dades no molt habituals com l'anàlisi de cumulants, l'ajust de la part imaginària de la transformada de Fourier i altres, és possible obtenir informació detallada sobre els sistemes estudiats.
En l'apartat de la introducció, es proporciona una recopilació d'estudis en els quals s'ha utilitzat XAS com a tècnica principal per a caracteritzar les anomenades espècies metàl·liques en materials porosos. Aquesta introducció ha estat redactada per a que puga servir com a punt de partida per a futurs estudis que requereixen la utilització de XAS per a la caracterització de les espècies metàl·liques presents en els catalitzadors.
El capítol 4 es centra en l'estudi de la influència dels precursors de pal·ladi i la naturalesa del suport front a les nanopartícules resultants. El procés d'activació, és a dir, la transformació precursor --> nanopartícula, ha sigut estudiat per XAS in situ. L'anàlisi per XAS va comprendre els següents passos: punt de partida (material impregnat), calcinació en flux d'O2 i reducció posterior amb H2. La utilització de diferents precursors i suports metàl·lics ha permès dur a terme una discussió, referent al nombre de coordinació mitjà obtingut a partir de l'anàlisi de dades de la zona EXAFS, que ha estat recolzat per altres tècniques de caracterització.
El capítol 5 s'ha dedicat a l'estudi de l'agrupació de plata intercanviada en els catalitzadors durant i després dels tractaments d'activació. S'han utilitzat zeolites de porus xicotet, com la CHA i RHO, intercanviades amb plata. L'estudi de la influència de l'estructura zeolítica i la composició química dels materials enfront dels diferents tractaments d'activació (calcinació utilitzant diferents atmosferes, reducció en presència d'H2, re-dispersió en atmosfera d'O2) es va realitzar fent ús de mètodes de caracterització in situ o ex situ. A continuació, es discuteix la influència d'aquestes espècies metàl·liques formades, utilitzant els diferents mètodes d'activació, per a la reacció d'SCO-NH3. En aquest sentit, s'ha demostrat que la combinació de XAS in situ amb diverses tècniques habituals de laboratori és fonamental per al desenvolupament d'aquest treball. Finalment, es presenta una llista de projectes, en els quals també s'ha treballat paral·lelament, on s'ha utilitzat XAS com a tècnica de caracterització. / Wittee Lopes, C. (2018). Characterization of metallic species on porous materials by in situ XAS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107953
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/107953 |
| Date | 10 September 2018 |
| Creators | Wittee Lopes, Christian |
| Contributors | Agostini, Giovanni, Rey Garcia, Fernando, Universitat Politècnica de València. Instituto Universitario Mixto de Tecnología Química - Institut Universitari Mixt de Tecnologia Química |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0033 seconds