Síntesis, caracterización y desempeño catalítico de nanopartículas de CeO2 depositadas sobre nanoplacas de MgO

ESTEBAN L. FORNERO; MARTA V. BOSCO; ALEJO AGUIRRE; ADRIAN L. BONIVARDI; SEBASTIAN E. COLLINS

Congreso; XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2021

IntroducciónLa ceria (CeO2) es un componente o fase activa ampliamente utilizado en numerosos procesos catalíticos redox. Las principales características químicas se relacionan con una alta capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC), movilidad de los iones O2- en su red cristalina y existencias de vacancias que permiten la activación y difusión del oxígeno. El aumento de defectos estructurales aumenta la capacidad redox de nanopartículas de CeO2 [1]. En este trabajo se presentan la síntesis de nanopartículas de CeO2 soportadas sobre nanoplacas hexagonales de MgO y una caracterización detallada por HRTEM, XRD, XPS, FTIR, TPR-H2 y TPR-CO para investigar su morfología, composición, estado de oxidación y propiedades redox. Se evaluó el desempeño del material en la oxidación catalítica de monóxido de carbono y tolueno.ResultadosSe sintetizó el soporte puro (MgO, 17.3 m2/g) por síntesis hidrotermal [2], sobre el cual se impregnó con solución de Ce(NO3)3 en acetona con una carga de 3%wt de CeO2 y posterior calcinación a 450 °C. El análisis por HRTEM y HAADF-STEM reveló la presencia de láminas hexagonales de MgO, con una longitud de borde de alrededor de 500 nm y ca. 100 nm de espesor. Las nanopartículas de CeO2 se encuentran homogéneamente distribuidas sobre el MgO, con un tamaño medio de 4.7 nm, con presencia de distorsiones en la red. Los espectros de XPS mostraron la presencia de 18% de Ce3+. Los TPR-H2 y ?CO mostraron una mejora en la reducibilidad comparado con un CeO2 masivo de referencia. Se estudió la adsorción de O2 por FTIR, lo cual permitió observar mayor concentración de especies peróxido (O22-) y superóxido (O2-) en CeO2/MgO con respecto a la ceria pura. Las nanopartículas de CeOx dispersas redujeron la energía de activación aparente de 90 a 57 kJ/mol y la T50 de 408 a 341 ºC para la oxidación del CO. El catalizador soportado exhibe una selectividad de CO2 considerablemente más alta que la de la ceria pura, en condiciones de oxidación del tolueno.ConclusionesLas nanopartículas de óxido de cerio altamente dispersas (dmedio = 4.7 nm) soportadas sobre nanoplacas de óxido de magnesio presentan propiedades redox mejoradas con respecto a la ceria pura, lo cual se atribuye a la presencia de defectos estructurales en las nanopartículas de CeO2, y un mejor desempeño catalítico.Referencias1)Trovarelli (Ed.), Catalysis by Ceria and Related Materials, Imperial College Press, Londres, 2002.2)Y. Ding et al., Chem. Mater., 2001, 13, 435-440.