Difração coerente de raios X em condições operando: imageamento em 3D de catalisadores nanoparticulados

• Processo: 18/08816-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2019
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Florian Edouard Pierre Meneau
• Beneficiário: Aline Ribeiro Passos
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 14/25964-5 - Dos monômeros às nanopartículas: investigação in situ da formação de nanopartículas de ouro em tempo real por técnicas síncrotron e de microscopia, AP.JP
• Assunto(s): Nanopartículas Óxidos metálicos Catálise Cerâmica (materiais cerâmicos)
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: catálise | Difração de raios X coerente | Nanopartículas | óxidos metálicos | Cerâmica

Resumo

Nanopartículas de ouro são catalisadores muito ativos para oxidação de CO, apesar de ouro bulk ser considerado inerte mesmo frente a moléculas reativas partículas nanométricas de ouro são catalisadores eficientes. Vários efeitos contribuem para as propriedades catalíticas dos catalisadores nanoparticulados suportados como o tamanho de partícula, morfologia, interação com o suporte, átomos com baixa coordenação, efeitos de tensão e defeitos cristalinos (deslocações, limites de grãos). Durante a reação a superfície da nanopartícula passa por reestruturação dinâmica e expõe diferentes sítios e defeitos com reatividade distintas. O entendimento de como as nanopartículas se reestruturam e catalisam as reações é crucial e requer o estudo dos sítios ativos in situ e operando. Imagem por difração coerente (CDI) é uma técnica recente e poderosa de raios X ideal para caracterização quantitativa em 3D de materiais em nanoescala e em condições de operação. CDI fornece informações sobre a morfologia de nanopartículas em 3D (distribuição de densidade eletrônica), distorção e defeitos na rede cristalina (fase) e deslocamento do material em relação a uma rede cristalina ideal (tensão). As regiões com defeitos e tensões tem propriedades físicas e químicas significantemente diferentes daquelas sem tensão e podem afetar o processo catalítico. Nós pretendemos compreender o mecanismo durante a reação catalítica e identificar os sítios ativos dos catalisadores de ouro suportados, assim como seus defeitos e tensões. A dinâmica do processo de reestruturação da superfície das nanopartículas de ouro será investigada in situ e operando por CDI durante a reação de oxidação de CO. As nanopartículas de ouro serão suportadas em óxidos metálicos com diferentes reatividades, TiO2, Al2O3 e CeO2. A influência do suporte no formato, tensão, defeitos e estabilidade das nanopartículas de ouro será investigada por técnicas avançadas de imageamento, CDI e microscopia eletrônica. A configuração experimental dos experimentos de CDI será compatível com microscopia eletrônica o que permitirá a análise da mesma amostra antes e depois da reação por ambas as técnicas para a obtenção de informações complementares. Este estudo irá contribuir com o campo de strain-engineered na catálise e ciência dos materiais otimizando os defeitos das nanopartículas para uma ampla variedade de aplicações. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

PASSOS, ALINE R.; ROCHET, AMELIE; MANENTE, LUIZA M.; SUZANA, ANA F.; HARDER, ROSS; CHA, WONSUK; MENEAU, FLORIAN. Three-dimensional strain dynamics govern the hysteresis in heterogeneous catalysis. NATURE COMMUNICATIONS, v. 11, n. 1, SEP 18 2020. (14/25964-5, 19/03162-8, 14/27127-3, 18/08816-3, 17/23050-4)

MENEAU, FLORIAN; ROCHET, AMELIE; HARDER, ROSS; CHA, WONSUK; RIBEIRO PASSOS, ALINE. Operando 3D imaging of defects dynamics of twinned-nanocrystal during catalysis. JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER, v. 33, n. 27, JUL 7 2021. (14/25964-5, 18/08816-3, 17/23050-4)

SUZANA, ANA FLAVIA; ROCHET, AMELIE; PASSOS, ALINE RIBEIRO; CASTRO ZERBA, JOAO PAULO; POLO, CARLA CRISTINA; SANTILLI, CELSO VALENTIM; PULCINELLI, SANDRA HELENA; BERENGUER, FELISA; HARDER, ROSS; MAXEY, EVAN; et al. In situ three-dimensional imaging of strain in gold nanocrystals during catalytic oxidation. NANOSCALE ADVANCES, v. 1, n. 8, p. 3009-3014, AUG 1 2019. (17/23050-4, 14/27127-3, 14/25964-5, 18/08816-3)