SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE COMPOSITES BASADOS EN CeO2-NiO OBTENIDOS POR MOLIENDA REACTIVA ASISTIDA POR TEMPERATURA

A. AVALOS; E.ZELAYA; M.R ESQUIVEL

Varadero

Conferencia; XIV Congreso Interamericano de Microscopía; 2017

Sociedad Cubana de Microscopía

Los composites basados en CeO2-NiO son utilizadosampliamente en aplicaciones ambientales tales como la captura de cationes ensolución acuosa o para la reducción de CO y N2O [1]. Para estasaplicaciones, se buscan estructuras que favorezcan las regiones con tpb (puntosde contacto triples) donde se producen las reacciones electroquímicas buscadasy la salida de los productos gaseosos. En este trabajo, se explora una vía de formación de los composites CeO2-NiOconsistente en dos etapas: 1-) Molienda reactiva de la mezcla La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06-3Nien atmósfera de N2(g) y Ar/O2(g). 2-) Tratamiento térmico en aire a 1400 °C. Lamezcla de metal/aleación es procesada a distintos tiempos de molienda hastaalcanzar un total de 360 y 300 minutos respectivamente con parámetros ajustablea molienda de media energía (Restsch 100). La microestructura y estructura delos composites metal/aleación y óxido/óxido es analizada por difracción derayos X (XRD) a temperatura ambiente y a alta temperatura, entre 25 °C y 650 °C(PANalytical Empyrean con cámara HT-1200K) en aire y bajo flujo de He(g). Lamorfología y composición elemental es estudiada por microscopía electrónica debarrido (SEM) utilizando dos microscopios (FEI Nova NanoSEM 230 y FEI Inspect S50)con dispositivos para uso de espectroscopía dispersiva en energías (EDS). Lananoestructura es analizada por microscopía electrónica de transmisión (TEM)(TECNAI F20 G2 field emission operado a 200 keV). El análisis de laestabilidad térmica de los composites obtenidos por molienda a 300 y 360 minutosmuestran que los mismos evolucionan mediante procesos exotérmicos para liberartensiones introducidas por molienda y que no se forman intermetálicos entre losmetales y aleaciones involucrados, sino que el La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06evoluciona desde una mezcla de fases DHCP (doble hexagonal) y cúbica (homólogasa las de Ce) hacia la fase cúbica, la más estable a alta temperatura (550 °C) através de un proceso global endotérmico. Este resultado es compatible con lasobservaciones realizadas por difracción de rayos-X que indica que la energíasuministrada por este proceso fue utilizada estabilizar la fase cúbica presenteen la mezcla de fases de La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06.La nano-estructura de las muestras obtenidas luego de 360 minutos de moliendaen atmósfera de Ar(g)/O2(g) fue analizada por microscopía electrónica detransmisión (TEM). En la Figura 1 a y b. se muestran los patrones de difracciónde área selecta (SAD) de dos partículas representativas. En la Figura 1.a, sepueden observar anillos indexados según la estructura de La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06 (Fm3m).Mediante análisis TEM-EDS no se detectó, dentro del error experimental de latécnica, presencia de Ni en la partícula cuyo patrón SAD se muestra en esta figura.En la Figura 1.b se observan claramente los anillos asignados a Ni (Fm3m).En las Figura 2.a y 2.b se muestran las imágenes de campo claro y oscuro de lapartícula cuya estructura fue identificada en la Figura 1a. Se observa unafuerte influencia del proceso de molienda sobre la misma donde se aprecia elefecto de fractura sobre la nanoestructura que da lugar a bordes biselados y desoldadura en frío que produce un aglomerado conteniendo partículas de tamañoaproximado a 10 nm. En la imagen de campo oscuro correspondiente, se apreciandominios cristalinos del orden de 10 nm con hábito y forma severamentedeformados en coincidencia con aquel análisis. Las Figuras 2.c y 2.d muestranimágenes de campo claro y oscuro de la partícula cuya estructura fue identificadaen la Figura 2.b. Pueden notarse efectos comparables con su contraparte de lasfiguras 2.a y 2.b, donde las mayores diferencias se observan en el tamaño dedominios cristalinos (menores al correspondiente a 2.b). A partir de estasfiguras y los resultados descritos anteriormente, puede notarse un acuerdoentre los análisis realizados por XRD, TEM y DSC. La ausencia de intermetálicosluego del proceso de molienda es verificado por tratamientos térmicos de asistenciaa alta temperatura (T =1400 °C) de los composites La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06-3Nidonde se observa solamente la presencia de La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06O2-3NiOsin formación de óxidos mixtos y con un desarrollo cristalino de estos últimoscercano al de equilibrio. Este desarrollo micro-estructural es coincidente conlas imágenes obtenidas por SEM del composite óxido/óxido donde se observanpartículas con el hábito y forma característico del grupo espacial Fm3my con severo grado de interconexión entre ambos óxidos, característicaséstas que los hacen especialmente apropiados para el uso en las aplicacionesseleccionadas. REFERENCIAS[1] Wang, Y., Zhu, A., Zhang, Y. Au, C.T., Yang, X.Shi, C. (2008). Catalytic reduction of NO by CO over NiO/CeO2catalyst in stoichiometric NO/CO and NO/CO/CO2 reaction. AppliedCatalysis B: Environmental, 81, 141-149.  AGRADECIMIENTOSLos autores agradecen al programa de becas de UNSAM-CNEA.Asimismo, agradecen a UNComa (PI -B202) y a la ANPCyT PICT 2015-1641 por laasistencia económica.