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Type: Dissertação
Title: Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita
Author: Santos, Marcio Francisco dos
First Advisor: Leitão, Alexandre Amaral
Referee Member: Abreu, Heitor Avelino de
Referee Member: Santos, Hélio Ferreira dos
Resumo: O conceito de catálise por um único átomo (single-atom catalysts) origina-se com a nanociência, em que o refinamento das técnicas de síntese reduzem as dimensões das fases catalíticas e, portanto, seus sítio ativos, para um único átomo disperso na superfície do material suporte. Além disso, a atividade catalítica encontra-se criticamente relacionada às dimensões das fases, cuja ordem de grandeza é em escala nanométrica. O comportamento de muitos materiais nessa escala, é diferente daquele apresentado quando a estrutura se torna maior. Nesse contexto, a magadiita, um silicato lamelar amplamente empregado em processos de adsorção, troca iônica e catálise heterogênea, se torna interessante como um possível suporte em catalisadores de átomo único. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo simular modelos single-atom de metais nobres suportados em superfície de magadiitas ácidas, chamados aqui de M/H-Magadiita (M = Ag, Au, Pt, Pd), para avaliar sua capacidade de migração e estabilização em diferentes sítios e seus respectivos potenciais catalíticos. Foram realizados cálculos computacionais ab initio usando o pacote QUANTUM-ESPRESSO. Os cálculos foram baseados na teoria do funcional da densidade (DFT), e utiliza um conjunto de bases dado por ondas planas e condições de contorno periódicas. O funcional de troca e correlação foi do tipo GGA-PBE, e pseudopotenciais do tipo Vanderbilt Ultrasoft. O vácuo, a energia cinética de corte e a amostragem de pontos-k foram 19 Å, 55 Ry e 2x2x1, respectivamente. Foram analisadas os elementos metálicos em diferentes sítios de deposição na H-Magadiita. Um levantamento energético identificou dois sítios para os sistemas Au/H-Magadiita e Ag/H-Magadiita: na superfície e na cavidade, com diferença energética de 36,08 e 38,54 kcal mol−1 respectivamente. Por outro lado, três sítios (cavidade, superfície e borda) foram observados para a Pd/HMagadiita e Pt/H-Magadiita, e variação de energia de 9,10 e 15,15 kcal mol−1 . As barreiras energéticas de migração dos modelos Ag/H-Magadiita, Au/H-Magadiita e Pd/H-Magadiita foram inferiores a 5,00 kcal mol−1 , dando indícios de que haveria sinterização dos metais após a dispersão na superfície. As estruturas Pt/H-magadiita da cavidade, no entanto, apresentaram uma barreira de migração de 51,00 kcal mol−1 , se tornando o mais promissor dentre os modelos estudados.
Abstract: The concept of single-atom catalysts originated in nanoscience, where the refinement of the synthesis techniques of these devices reduce the dimensions of the active sites to a single atom dispersed on the surface of the support material. In addition, the catalytic activity is critically related to the dimensions of the sites, whose order of magnitude is on the nanometer scale. The behavior of many materials at this scale, is different from that presented when the structure becomes larger. In this context, magadiite, a lamellar silicate widely used in adsorption processes, ion exchange and heterogeneous catalysis, becomes interesting as a possible support in single atom catalysts. Therefore, this work aimed to simulate single-atom models of noble metals supported on acid magadiite surfaces, called here M/H-Magadiite (M = Ag, Au, Pt, Pd), to evaluate their migration and stabilization capacity in different sites and their respective catalytic potentials. Ab initio computational calculations were performed using the QUANTUM-ESPRESSO package. The calculations were based on density functional theory (DFT), and uses a basis set given by plane waves and periodic boundary conditions. The exchange and correlation functional was of the GGA-PBE type, and pseudopotentials of the Vanderbilt Ultrasoft type. The vacuum, the shear kinetic energy, and k-point sampling were 19 Å, 55 Ry, and 2x2x1, respectively. Metal elements were analyzed at different at the deposition sites in H-Magadiite. An energy survey identified two sites for the Au/H-Magadiite and Ag/H-Magadiite systems: on the surface and in the cavity, with energy difference of 36.08 and 38.54 kcal mol−1 respectively. On the other hand, three sites (cavity, surface, and edge) were observed for Pd/H-Magadiite and Pt/H-Magadiite, and energy variation of 9.10 and 15.15 kcal mol−1 . As for the reaction path calculation, the migration energy barrier of the Ag/H-Magadiite, Au/H-Magadiite, and Pd/H-Magadiite models were less than 5.00 kcal mol−1 , giving indications of metal sintering. The Pt/H-magadiite cavity structures, however, showed a migration barrier of 51.00 kcal mol−1 , becoming the most promising among the models studied.
Keywords: Catálise Heterogênea
Silicatos lamelares
Átomo único
DFT
Heterogeneous catalysis
Lamellar silicates
Single atom
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Access Type: Acesso Aberto
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00139
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14292
Issue Date: 31-May-2022
Appears in Collections:Mestrado em Química (Dissertações)



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