Caracterización de catalizadores basados en cobre en condiciones de reacción mediante técnicas espectroscópicas in situ
Durant les últimes dècades, l’hidrogen ha postulat com un bon candidat per pal·liar la intermitència de les energies renovables i poder satisfer la demanda energètica actual en tot moment, però el seu emmagatzematge i manipulació són difícils i costosos. Per aquest motiu, en els últims anys s’ha est...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/671977 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/671977 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Coure Cobre Copper Espectroscòpia Espectroscopia Spectroscopy Catàlisis Catálisis Catalysis Ciències Experimentals 0 |
| Sumario: | Durant les últimes dècades, l’hidrogen ha postulat com un bon candidat per pal·liar la intermitència de les energies renovables i poder satisfer la demanda energètica actual en tot moment, però el seu emmagatzematge i manipulació són difícils i costosos. Per aquest motiu, en els últims anys s’ha estat investigant diversos processos químics que poden convertir el H2 in situ així com el seu ús compatible amb la present estructura de distribució del petroli. Entre aquests, s’ha dilucidat el reformat, l’oxidació parcial i la descomposició d’hidrocarburs i alcohols com el metà, metanol i etanol. El metanol és un bon candidat perquè presenta una alta relació H/C i, a més, a l’estar en estat líquid a temperatura ambient facilita el seu transporta i no presenta enllaços C-C el que suposa que la temperatura de treball resulta menor que altres alcohols. Tant el reformat, com l’oxidació parcial i la descomposició de metanol per la producció in situ de H2 són processos químics que requereixen catalitzadors per accelerar la reacció, en concret, els més utilitzats són els basats a coure. L’estudi en profunditat dels catalitzadors en condicions de reacció mitjançant tècniques espectroscòpiques in situ amb resolució temporal i espectral és fonamental per obtenir informació dels diferents estats d’oxidació, intermedis, possible reestructuració, els centres actius i com la naturalesa dels mateixos condiciona l’activitat catalítica del procés. En el Capítol 4, l’estudi va anar enfocat a estudiar els catalitzadors basats en Cu, Zn i Ga en la reacció de reformat de metanol amb vapor d’aigua. El catalitzador més actiu va presentar un comportament dinàmic on les espècies de coure més superficials en reacció MSR van romandre en estat metàl·lic, amb densitat de càrrega positiva (Cuδ+) donada la presència d’oxigen en capes intermèdies (OSS). Aquest comportament sembla influenciat per una alta dispersió de coure i per la presència d’espais amb defectes en la superfície on l’aigua pot activar-se més fàcilment. En el Capítol 5, es va analitzar catalitzadors basats en Cu, Pd i ZrO2 en condicions de reacció MSR. S’ha demostrat que l’estructura cristal·lina del suport (monoclínica o cúbica) influeix no solament en la dispersió metàl·lica sinó també en la mobilitat i reorganització dels centres actius sota condicions de reacció, repercutint considerablement en l’activitat catalítica. A més, s’ha demostrat que una bona interacció entre Cu i Pd (aliatge) resulta indispensable per optimitzar la selectivitat de la reacció MSR cap a producció lliure de CO. En el Capítol 6, es va estudiar específicament un catalitzador basat en Cu i suportat per CeO2 en la reacció d’oxidació selectiva de metanol. L’anàlisi per APXPS conjuntament amb la detecció simultània dels productes de reacció per espectroscòpia de masses, ha permès correlacionar la distribució de productes amb l’estat d’oxidació de les espècies de coure i ceri superficial i amb la ràtio de pressió dels reactius en cada experiment. Es conclou que la formació de formaldehid es troba afavorida en condicions de deficiència d’oxigen, trobant-se el coure en un estat metàl·lic i el ceri parcialment reduït. A més, s’observa una segregació del coure cap a la superfície del catalitzador en condicions de reacció. En resum, en la present tesi s’han combinat diferents tècniques espectroscòpiques in situ amb la finalitat de correlacionar les estructures dels catalitzadors amb els productes de reacció, treballant concretament en catalitzadors reals de bastant complexitat en relació amb centres actius. La combinació de diferents espectroscòpies ha permès aprofundir en el coneixement dels centres actius de cada catalitzador. |
|---|