Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita
Ano de defesa: | 2022 |
---|---|
Autor(a) principal: | |
Orientador(a): | |
Banca de defesa: | , |
Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
|
Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-graduação em Química
|
Departamento: |
ICE – Instituto de Ciências Exatas
|
País: |
Brasil
|
Palavras-chave em Português: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00139 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14292 |
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. |
id |
UFJF_e0e56e5977ca36842ede34ad0d854c5d |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/14292 |
network_acronym_str |
UFJF |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFJF |
repository_id_str |
|
spelling |
Leitão, Alexandre Amaralhttp://lattes.cnpq.br/9903193115688735Abreu, Heitor Avelino dehttp://lattes.cnpq.br/3969217191687452Santos, Hélio Ferreira doshttp://lattes.cnpq.br/3933697120683581http://lattes.cnpq.br/4753642310298772Santos, Marcio Francisco dos2022-08-02T13:22:34Z2022-08-022022-08-02T13:22:34Z2022-05-31https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00139https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14292O 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.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.porUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em QuímicaUFJFBrasilICE – Instituto de Ciências Exatashttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICACatálise HeterogêneaSilicatos lamelaresÁtomo únicoDFTHeterogeneous catalysisLamellar silicatesSingle atomEstabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiitainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFORIGINALmarciofranciscodossantos.pdfmarciofranciscodossantos.pdfPDF/Aapplication/pdf6047659https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/1/marciofranciscodossantos.pdfaed6aa95787d4a3267660be96ea478c1MD51TEXTmarciofranciscodossantos.pdf.txtmarciofranciscodossantos.pdf.txtExtracted texttext/plain79472https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/4/marciofranciscodossantos.pdf.txta21da2ba9042737683bb61042b2034fbMD54THUMBNAILmarciofranciscodossantos.pdf.jpgmarciofranciscodossantos.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1151https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/5/marciofranciscodossantos.pdf.jpgfea64b7fee873901815b94dce7ced1feMD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-81037https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/2/license_rdf996f8b5afe3136b76594f43bfda24c5eMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53ufjf/142922022-11-21 13:59:02.745oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2022-11-21T15:59:02Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
title |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
spellingShingle |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita Santos, Marcio Francisco dos CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA Catálise Heterogênea Silicatos lamelares Átomo único DFT Heterogeneous catalysis Lamellar silicates Single atom |
title_short |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
title_full |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
title_fullStr |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
title_full_unstemmed |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
title_sort |
Estabilização e migração de elementos metálicos suportados em magadiita |
author |
Santos, Marcio Francisco dos |
author_facet |
Santos, Marcio Francisco dos |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Leitão, Alexandre Amaral |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/9903193115688735 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Abreu, Heitor Avelino de |
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/3969217191687452 |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Santos, Hélio Ferreira dos |
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/3933697120683581 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/4753642310298772 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Santos, Marcio Francisco dos |
contributor_str_mv |
Leitão, Alexandre Amaral Abreu, Heitor Avelino de Santos, Hélio Ferreira dos |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
topic |
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA Catálise Heterogênea Silicatos lamelares Átomo único DFT Heterogeneous catalysis Lamellar silicates Single atom |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Catálise Heterogênea Silicatos lamelares Átomo único DFT Heterogeneous catalysis Lamellar silicates Single atom |
description |
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. |
publishDate |
2022 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2022-08-02T13:22:34Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2022-08-02 2022-08-02T13:22:34Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2022-05-31 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14292 |
dc.identifier.doi.none.fl_str_mv |
https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00139 |
url |
https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00139 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14292 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-graduação em Química |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFJF |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
ICE – Instituto de Ciências Exatas |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFJF instname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) instacron:UFJF |
instname_str |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
instacron_str |
UFJF |
institution |
UFJF |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFJF |
collection |
Repositório Institucional da UFJF |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/1/marciofranciscodossantos.pdf https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/4/marciofranciscodossantos.pdf.txt https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/5/marciofranciscodossantos.pdf.jpg https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/2/license_rdf https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14292/3/license.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
aed6aa95787d4a3267660be96ea478c1 a21da2ba9042737683bb61042b2034fb fea64b7fee873901815b94dce7ced1fe 996f8b5afe3136b76594f43bfda24c5e 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1793962500600889344 |