Estudo ab initio das propriedades de adsorção de intermediários da redução de CO2 a CH3OH sobre Ni5Ga3/ZrO2

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Sousa, Rafael Alves de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: adsorção; adsorption; caminho de reação; catálise; catalysis; clusters; CO2 reduction; CO2; DFT; Ni5Ga3; reaction pathway; redução do CO2
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-17082022-162703/

A reação de redução do CO2 a CH3OH é de grande interesse comercial e ambiental, porém possui baixa eficiência catalítica devido a alta estabilidade do CO2. A estabilidade da molécula cria a necessidade dos catalisadores operarem a altas pressões e temperaturas, o que é indesejado devido ao alto gasto energético. Ligas intermetálicas de composição Ni5Ga3 são reportadas na literatura como uma alternativa eficiente e de alta seletividade para promover a redução à baixa pressão e temperatura, enquanto a associação deste catalisador com óxidos metálicos como o ZrO2 pode ser capaz de melhorar a sua eficiência catalítica. A fim de estudar os compostos de Ni5Ga3/ZrO2, este trabalho propõe o desenvolvimento de modelos de clusters de Ni8, Ga8 e Ni5Ga3 suportados e não-suportados em (ZrO2)16 para o estudo da formação da interface metal-óxido e das propriedades de adsorção de intermediários da redução do CO2 a CH3OH. As interações Ni - O foram predominantes durante a formação da interface promovendo a dispersão das estruturas dos clusters que contêm Ni sobre o óxido enquanto a presença de átomos de Ga tende a enfraquecer a interação entre o cluster e o óxido. Quanto à adsorção das moléculas, notou-se que as interações com Ni5Ga3 e Ni8 são similares para os intermediários exceto para CO, que apresenta adsorção mais fraca em Ni5Ga3, podendo prevenir processos de envenenamento do catalisador. A adsorção do CO2 teve maior energia de adsorção na superfície do (ZrO2)16, formando estruturas tipo-CO3, porém a interface do óxido com Ni5Ga3 foi capaz de fortalecer a energia de adsorção da molécula e aumentar a sua ativação em relação ao cluster não suportado. A ativação da molécula de H2 foi observada apenas em átomos de Ni e também foi favorecida na interface com maior deformação da ligação H - H. Sugere-se que a adsorção de espécies COOH deve ser favorecida nas interfaces metal-óxido enquanto a adsorção de espécies HCOO é favorecida nos clusters não suportados.