Morfologias de óxido de cobre (II) na mesoescala: síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas, mecanismo de crescimento e atividade catalítica na reação de desidrogenação do etanol

Abstract

O trabalho que se apresenta centra-se no estudo investigativo do crescimento de cristais de óxido de cobre (II), CuO, com cristais organizados em diferentes formas semelhantes à ouriços-do-mar, fibras, e nanobastões, com controle fino da morfologia e cristalizados pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas. Esses materiais foram previamente caracterizados por difração de raios X (DRX), medida de área de superfície específica, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, microscopia eletrônica de varredura de alta resolução e de transmissão, além de espectroscopia de absorção de raios X próxima à borda de absorção (XANES), e outras. Pelas técnicas de microscopia combinadas foi possível caracterizar detalhadamente os materiais sintetizados, como sua estrutura, forma, tamanho, composição química, direção de crescimento, etc. Os óxidos obtidos foram testados quanto suas propriedades catalíticas na reação de desidrogenação do etanol – atividade, seletividade, frequência de reação. A originalidade do trabalho é que ao compreender as relações entre a morfologia do cristal e a estrutura da superfície dos óxidos nanoestruturados será possível obter catalisadores mais sensíveis, seletivos e com maior atividade catalítica. Ademais, foram realizados experimentos in situ de redução e reoxidação a temperatura programada, monitorada por XANES e DRX, resolvidos no tempo e na temperatura. Assim obteve-se uma projeção semiquantitativa de diferentes espécies de clusters de cobre (Cu2+, Cu+, e/ou Cu0). Esses resultados sugerem particularidades intrínsecas devido às diferentes morfologias no estado ativo nas cinéticas de redução e reoxidação. Em suma, foi desenvolvida uma rota sintética rápida e eficaz para sintetizar estruturas de CuO com diversas morfologias. Os materiais foram...

The present work goal the crystal growth of copper (II) oxide (II), CuO, with in different particles assembly. Herein, we report results of three distinct controlled CuO morphologies, urchin-like, fiber-like and nanorods, with fine control of morphology and crystallized by microwave assisted hydrothermal method. These materials were previously characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy, surface area determination, scanning electron microscopy high-resolution and transmission electron microscopy, and absorption spectroscopy, X-ray absorption near edge (XANES), and others. The entire sequence of the crystallization procedure of CuO was monitored by field emission scanning electron microscopy in combination with transmission electron microscopy combined was possible to characterize in detail the materials synthesized, and its structure, shape, size, chemical composition, direction of growth, etc. The oxides obtained were tested for their catalytic properties in the reaction of dehydrogenation of ethanol – activity, selectivity, turnover frequency. The originality of this work is that by understanding the relationships between morphology and crystal structure of the surface oxides of nanostructured catalysts will be possible to obtain more sensitive and more selective catalytic activity. Copper-based catalysts obtained by microwave-assisted morphosynthesis were correlated with the dehydrogenation of ethanol. The degree of reduction and reoxidation was monitored using time-resolved in situ XANES and XRD during TPR under H2 and TPO under O2. A semiquantitative estimation of the different chemical forms (Cu2+, Cu+, and/or Cu0) was obtained. The results suggest intrinsic particularities due to different morphologies at the active state in reduction kinetics. In summary, we developed a rapid... (Complete abstract click electronic access below)