Resumo: Este trabalho reporta a síntese e caracterização de nanopartículas de ouro e de céria suportadas em uma matriz mesoporosa de sílica e a investigação do emprego de tais materiais como catalisadores para a reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono (PrOx-CO). A sílica mesoporosa SBA-15 foi escolhida como suporte para estabilizar as nanopartículas, a fim de evitar sua sinterização e controlar sua distribuição de tamanho. A SBA-15 foi sintetizada em meio ácido, através do processo sol-gel. A partir disso, obteve-se dois grupos de amostras. No primeiro grupo, a céria foi depositada nos poros da SBA-15 através do método de decomposição metalorgânica (MOD), sendo que foram obtidas amostras com diferentes teores de CeO2 utilizando a técnica de sucessivos ciclos de impregnação e decomposição (CIDs). Em seguida, as nanopartículas de ouro foram depositadas através do método de deposição-precipitação (DP), sob ação da temperatura em meio básico. No segundo grupo de amostras, inicialmente, os grupos silanóis da SBA-15 foram funcionalizados com um líquido iônico, e, em seguida, as nanopartículas de Au foram sintetizadas através da redução do precursor de ouro promovida por dois diferentes agentes redutores. Por fim, depositou-se a céria pelo método MOD. Os poros da sílica promoveram controle efetivo do tamanho das nanopartículas (4 - 9 nm para Au e 2 - 4 nm para CeO2). No entanto, no segundo grupo de amostras, após a síntese da céria, ocorreu a sinterização das nanopartículas de Au. As amostras foram caracterizadas por XRD, fisissorção de N2, TEM, EDS, ICP-OES, XRF, DRS, Espectroscopia Raman e por sua atividade catalítica na reação de PrOx-CO. Esta reação tem o objetivo de reduzir o teor de CO do fluxo gasoso (através da sua oxidação a CO2) proveniente da reforma a vapor (Steam Reforming), a fim de se obter gás hidrogênio com maior grau de pureza. Visto que a reação de PrOx-CO é realizada em atmosfera rica em H2, os catalisadores utilizados devem apresentar alta seletividade para a oxidação de CO e evitar reações competitivas, como a oxidação do H2. Além disso, é desejável promover a reação em baixas temperaturas. Um dos mecanismos da reação de PrOx-CO envolve o fornecimento de oxigênio (O*) da matriz cristalina do óxido a fim de se promover a oxidação do CO adsorvido/ativado no metal. Visto que o CeO2 trata-de de um óxido redutível, o mesmo pode contribuir para a reação catalítica através de tal mecanismo. Já o ouro é responsável pela adsorção de CO e pela resposta catalítica a baixas temperaturas através da interação óxido/metal. Neste trabalho, a amostra contendo 5 CIDs de céria e Au (sintetizado por DP) apresentou melhor atividade catalítica. Verificou-se que o aumento do número de ciclos de impregnação e decomposição melhorou a conversão de CO até certo ponto, no entanto, também promoveu a redução substancial da área superficial, o que provavelmente, dificultou o acesso dos gases de reação (H2, CO, O2) aos sítios ativos do catalisador Ver menos

Abstract: This work reports the synthesis and characterization of supported gold and ceria nanoparticles in mesoporous silica and the study of its catalytic activity towards the preferential oxidation of carbon monoxide (PrOx-CO). SBA-15 was chosen as a silica mesoporous to stabilize the nanoparticles in order to avoid their sintering and to control their size distribution. SBA-15 was synthesized in acidic media by the sol-gel process. Then, two groups of samples were prepared. In the first one, ceria was deposited within the pores of SBA-15 through impregnation-decomposition cycles (IDC) using the metalorganic decomposition method (MOD), from which, samples with different CeO2 contents were obtained. Then, gold nanoparticles were synthesized by the deposition-precipitation method (DP), under controlled temperature and pH 11. In the second group of samples, primarily, the surface of SBA-15 was modified using an ionic liquid, and then, the Au nanoparticles were synthesized using two different reducing agents. Finally, the ceria was deposited by the MOD method. Silica pores promoted effective control of nanoparticle size (4 - 9 nm for Au and 2 - 4 nm for CeO2). However, in the second group of samples, after the ceria synthesis, the Au nanoparticles undergone sintering. The samples were characterized by XRD, N2, TEM, EDS, ICP-OES, XRF, DRS, Raman spectroscopy and by their catalytic activity for PrOx-CO. This reaction is used to decrease the CO content (through its oxidation to CO2) from steam reforming streams, yielding higher purity H2. Since PrOx-CO is carried out in rich H2 atmosphere, the catalysts used must present high selectivity towards CO oxidation, in order to avoid competitive side reactions such as H2 oxidation. Besides that, it is desirable to promote the reaction at low temperatures. One of the mechanisms for PrOx-CO involves the oxygen supply (O*) from the crystalline lattice of the oxide, in order to promote the oxidation of the CO adsorbed on the metal. Since CeO2 is a reducible oxide, it can contribute to the catalytic reaction through such a mechanism. Moreover, gold is responsible for CO adsorption and catalytic activity at low temperatures through the oxide / metal interaction. In this work, the sample containing 5 IDCs of ceria and Au (synthesized by DP) showed better catalytic activity. The increase in the number of cycles of impregnation and decomposition improved CO conversion to a certain extent, however, it also promoted a substantial reduction of the surface area, which probably hindered the access of the reaction gases (H2, CO, O2) to the active sites of the catalyst Ver menos