CONCURSO PÚBLICO – INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA
PADRÃO DE RESPOSTA – PROVA DISCURSIVA
CARGO: PESQUISADOR ADJUNTO I / CATÁLISE HETEROGÊNEA
Deseja-se preparar um catalisador de ouro suportado em gama-alumina, contendo 1% em massa de ouro, com
tamanho médio da partícula de ouro de cerca de 2 nm e distribuição de tamanho de partícula, o mais estreito
possível, para ser utilizado em reação de oxidação seletiva de monóxido de carbono. Para a preparação dispõe-se no
laboratório de γ-Al2O3 e HAuCl4, além de ácidos e bases inorgânicas para ajuste de pH, se necessário. Após a
preparação, esse catalisador deverá ser caracterizado por algumas técnicas que permitam identificar:
I. diâmetro médio da partícula de ouro e distribuição de tamanho de partícula de ouro;
II. estado de oxidação do ouro após a etapa de tratamento térmico;
III. natureza da interação entre as partículas de Au e o CO.
A) Descreva detalhadamente um método de preparação para esse catalisador.
B) Escolha uma técnica de caracterização que permita identificar cada uma das três características citadas
anteriormente, explicando os resultados esperados.
A)
O método mais adequado para a preparação de catalisadores de ouro com nanopartículas de Au é o de
deposição-precipitação. O precursor de ouro é removido da solução na presença de uma suspensão do suporte, em
geral, por elevação do pH a fim de precipitar um hidróxido. A superfície do suporte atua como agente de nucleação
de forma que a precipitação ocorra preferencialmente sobre o suporte.
A solução de HAuCl4 deve ter o pH ajustado entre 6-10, com NaOH por exemplo, e o suporte é imerso nesta
solução. O HAuCl4 se hidroliza formando espécies [Au(OH)xCl4 - x]- (x = 1 – 3) que reagem com superfície do suporte.
Após envelhecimento por cerca de 1 h, ocorre deposição de Au(OH)3 exclusivamente na superfície do suporte, se
houver adequado controle de concentração e temperatura. O pH deve ser mantido acima do ponto isoelétrico do
suporte, o que resulta numa menor deposição de ouro, porém há também menor deposição de cloro, favorecendo a
formação de partículas nanométricas de ouro.
Após a secagem do catalisador, deve ser feita a calcinação, sendo que é importante que a temperatura de
calcinação não ultrapasse 300 oC para que não haja a aglomeração das partículas de ouro.
B)
I. Para identificar o diâmetro médio da partícula de ouro e distribuição de tamanho de partícula de ouro deve ser
feita uma análise de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Várias micrografias deverão ser analisadas,
medindo-se o tamanho das partículas de ouro através de um software apropriado ou mesmo manualmente e,
em seguida, construindo um histograma com a distribuição de tamanho das partículas para então calcular o
diâmetro médio das partículas de ouro.
II. Para determinar o estado de oxidação do ouro após a calcinação, pode ser utilizada a técnica de espectroscopia
fotoeletrônica de raios X (XPS). Para catalisadores calcinados a temperaturas inferiores a 300 oC, pode haver
formação de espécies Au3+, Au+ e Au0. Pode-se determinar a presença dessas espécies por XPS, bem como suas
quantidades relativas. O estado de oxidação do ouro após a calcinação também pode ser determinado pela
técnica de espectroscopia na região do UV-Vis. É possível diferenciar as partículas de ouro metálicas e catiônicas.
III. A natureza da interação entre as partículas de Au e CO pode ser investigada por espectroscopia no
infravermelho. É possível observar bandas específicas correspondentes à interação do CO com Au+ e Au0, bem
como se essa interação ocorre na forma linear ou ponto. Tomando-se os espectros em diferentes temperaturas,
é possível determinar qualitativamente a força da interação Au-CO.
Referências:
• Catálise Heterogênea, M. Schmal, Ed. Synergia. 2011.
• Nanocatalysis, U. Heiz e U. Landman (Eds), Springer, 2007.
• M. Haruta, Catalysis Today 36:153, 1997.
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