Estudio de catalizadores de Au soportados en nanoestructuras de ceria y óxidos mixtos de lantánidos (Ce1-xMxO2+l-δ) para el abatimiento de contaminantes atmosféricos

Abstract

The aim of study was the preparation of gold catalysts supported on nanostructured ceria and mixed oxides. In the current study 23 factorial design of experiments was proposed in order to optimize the process of ceria nanostructured species preparation like as nanotubes or nanorods by means of hydrothermal treatment of samples in autoclave under NaOH presence varying temperature, residence time and pH. The optimized synthesis conditions were applied also to (Ce-La, Ce-Ru) mixed oxides previously prepared by Sol-Gel. Selected nanostructured samples were used as supports for gold catalysts preparation. The gold (3%) was supported by deposition-precipitation technique using HAuCl4 as a gold precursor in presence of urea. The obtained nanostructured materials were characterized by SEM-EDS, BET, XRD, TEM and Diffuse reflectance UV-Vis spectroscopy. Their Oxygen Storage Capacity was measured by hydrogen pulses. The genesis of gold species nature in the prepared gold catalysts in dependence on used supports and type of catalyst pretreatment (TPO or TPR) was analyzed by XPS, TEM, Diffuse reflectance UV-Vis spectroscopy and catalytic activity test in the CO oxidation. Ceria only samples present mainly mixture of nanotubes and nanorods; in addition, prepared nanostructured materials are characterized with dramatic changes in structural, electronics and reactive properties in comparison with initial materials. However, significant changes in the sample structure did not observed for mixed oxides probably due to the blocking of ceria crystal reconstruction by second metal under selected experimental conditions. The different gold species (gold cations Au+, Au3+; finely dispersed partly negative charged gold species – gold clusters; metallic nanoparticles) were found in the prepared catalysts.

El objetivo de la investigación fue la preparación de catalizadores de oro soportados en nanoestructuras de seria y óxidos mixtos. Fue propuesto el estudio de un diseño factorial de experimentos 23, para optimizar el proceso de preparación de especies de seria nanoestructurada como nanotubos o nanobarras mediante un tratamiento hidrotérmico en una autoclave en presencia de NaOH; variando temperatura, tiempo de residencia y pH. Las condiciones de síntesis optimizadas fueron aplicadas a óxidos mixtos (Ce-La, Ce-Ru) previamente obtenidos por Sol-Gel. Las muestras seleccionadas de nanoestructuras se utilizaron como soportes en catalizadores de oro. El oro (3%) fue adicionado por la técnica depósito-precipitación usando HAuCl4 como precursor de oro en presencia de urea. Los materiales nanoestructurados obtenidos fueron caracterizados por SEM-EDS, BET, XRD, TEM y espectroscopía de UV-Vis modo reflectancia difusa. Su capacidad de almacenamiento de oxígeno fue medida por pulsos de hidrógeno. La evolución de la naturaleza de las especies de oro en los catalizadores, dependiendo del soporte y del pretratamiento del catalizador (TPO y TPR), fue analizada por XPS, TEM, espectroscopía de UV-Vis modo reflectancia difusa y pruebas de actividad catalítica en la oxidación de CO. Las muestras de seria presentaron una mezcla de nanoestructuras que incluyen nanotubos y nanobarras mayoritariamente; además éstos fueron caracterizados con cambios dramáticos en propiedades estructurales, electrónicas, así como de actividad catalítica, en comparación con el compuesto inicial. Sin embargo, en los óxidos mixtos no se observaron cambios significativos en la estructura, probablemente bajo las condiciones experimentales seleccionadas se produjo un bloqueo por el segundo metal en la reconstrucción de los cristales de seria. En los catalizadores preparados se encontraron las diferentes especies de oro (cationes Au+, Au3+; partículas con carga parcialmente negativa finamente dispersas – clúster de oro; nanopartículas metálicas).