Estudo de catalisadores modelo à base de CeO2-ZrO2 dopado com cobre para controle de emissões de NOx

Convencionalmente, metais nobres são empregados como metais ativos em catalisadores automotivos, mas o uso de cobre vem sendo estudado pelo fato de promover sítios ativos para adsorção química e redução de NOx. Diante deste contexto, esta dissertação visa testar novas formulações de catalisadores, com foco em seu desempenho na reação de redução do NO pelo CO e sua seletividade a N2. Foram avaliados o método de adição de cobre no preparo e os teores de cobre utilizados na preparação. Os métodos de adição utilizados foram impregnação a seco (IS), reação em estado sólido (RS) e coprecipitação (CO). Os teores de cobre estudados ficaram entre 0,36 e 6,9% (m/m). Além disso, foi estudado o impacto no desempenho do catalisador após envelhecimento térmico a 950C por 12h. Foram empregadas as seguintes técnicas de caracterização textural e físico-química como espectrometria de absorção atômica, fisissorção de N2, difração de raios X, espectroscopia Raman e redução a temperatura programada. Os catalisadores também foram avaliados na reação de redução do NO pelo CO. A análise textural indicou que o método de coprecipitação levou a características texturais diferentes dos outros catalisadores. Análises de DRX mostraram a formação de CuO cristalino para teores iguais ou superiores a 3,3% (m/m) de cobre. As análises de Redução a Temperatura Programada (RTP) indicaram que ocorreu uma forte interação na interface entre o suporte e as espécies de cobre dispersas, acompanhada da diminuição da temperatura de redução do CuO e da redução parcial da céria em temperaturas mais baixas. Os testes catalíticos mostraram um melhor desempenho dos catalisadores (IS) que apresentaram conversões mais elevadas em menores temperaturas. Com relação ao envelhecimento, observou-se uma diminuição significativa da eficiência dos catalisadores. Uma comparação com catalisadores à base de metal nobre mostrou um bom desempenho dos catalisadores à base de cobre, com a vantagem destes apresentarem emissão de N2O restrita a baixas temperaturas

Three-dimensional micro- and nano-fabrication in transparent materials by femtosecond laser

Femtosecond pulsed lasers have been widely used for materials microprocessing. Due to their ultrashort pulse width and ultrahigh light intensity, the process is generally characterized by the nonthermal diffusion process. We observed various induced microstructures such as refractive-index-changed structures, color center defects, microvoids and microcracks in transparent materials (e.g., glasses after the femtosecond laser irradiation), and discussed the possible applications of the microstructures in the fabrication of various micro optical devices [e.g., optical waveguides, microgratings, microlenses, fiber attenuators, and three-dimensional (3D) optical memory]. In this paper, we review our recent research developments on single femtosecond-laser-induced nanostructures. We introduce the space-selective valence state manipulation of active ions, precipitation and control of metal nanoparticles and light polarization-dependent permanent nanostructures, and discuss the mechanisms and possible applications of the observed phenomena.

Eletrodeposição de ligas Zn-Co por corrente contínua e pulsada simples, a partir de banhos ambientalmente não agressivos

Revestimentos produzidos a partir de ligas de Zn-Co são comumente utilizados em indústrias (aeronáutica, de isoladores elétricos e automobilística, por exemplo) devido à sua ótima resistência à corrosão, principalmente quando comparados aos tradicionais revestimentos de Zn puro. Na co-deposição de zinco com metais, como o ferro, cobalto e níquel, ocorre o que se chama de deposição anômala, onde o metal menos nobre (zinco) é preferencialmente depositado, independente do modo de corrente aplicada (contínua ou pulsada). Recentemente, diversos trabalhos relacionam a produção de eletrodepósitos de liga Zn-Co a partir de banhos ambientalmente não agressivos, a fim de substituir os banhos alcalinos extremamente tóxicos, a base de cianeto. Na presente dissertação foram produzidos revestimentos de ligas de Zn-Co sobre substrato de aço carbono, empregando corrente contínua ou corrente pulsada simples, a partir de banhos contendo diferentes concentrações de Co2+ (0,05 mol/L e 0,10mol/L), 0,05 mol/l de Zn2+ e citrato de sódio (0,10 mol/L) como agente complexante, sob condições agitadas. Quatro diferentes valores de densidade de corrente (10 A/m2, 20 A/m2, 40 A/m2 e 80 A/m2) e de frequência de pulso (100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz) foram aplicados para a produção da liga a partir dos dois banhos, tendo como objetivo avaliar a influência dos parâmetros de deposição(concentração de Co (II), densidade de corrente aplicada e, no caso de deposição por corrente pulsada simples, também da frequência de pulso), nas variáveis eficiência de corrente catódica, composição da liga, densidade de corrente de corrosão, microestrutura e morfologia dos depósitos de liga Zn-Co. As cores das camadas obtidas variaram do cinza claro ao escuro, quase sempre sem brilho, independente do modo de corrente empregado. Foi verificado que o processo normal de eletrodeposição foi prevalente na produção de revestimentos por corrente contínua, enquanto que apenas deposição anômala foi observada quando do uso de corrente pulsada. A maior eficiência de corrente catódica (60%) foi obtida, para corrente contínua, nas condições de menor concentração de Co2+ (0,05 mol/L) e maior densidade de corrente (80 A/m2). Nestas mesmas condições foi determinada uma eficiência de corrente catódica de 98% para corrente pulsada simples na freqüência de 2000 Hz. Maiores teores do metal mais nobre (cobalto) foram alcançados em maiores densidades de corrente para todas as condições empregadas. Os revestimentos assim obtidos apresentavam os menores valores de tamanho de grão, para cada uma das soluções estudadas. Os demais parâmetros estudados também influenciaram na granulometria e na morfologia das ligas obtidas. Revestimentos com melhor resistência à corrosão, contendo teores de cobalto entre aproximadamente 8 e 10% m/m, foram produzidos a partir do banho com maior concentração de Co2+, sob corrente pulsada simples

Materiais tipo hidrotalcita contendo Cu como precursores de catalisadores para a redução de NO pelo CO

Dentre os óxidos de nitrogênio, o N2O é um gás do efeito estufa altamente nocivo. Devido ao potencial contaminante que este possui, torna-se importante a implementação de processos capazes de reduzir a sua emissão, bem como a dos NOx. Tradicionalmente, têm-se empregado catalisadores baseados em metais nobres, porém estes apresentam como principal desvantagem o elevado custo. Desse modo, sempre houve o interesse pelo uso de outros tipos de catalisadores e metais neste sistema de reação. Nesse contexto, na presente dissertação procurou-se sintetizar precursores de catalisadores tipo hidrotalcita Cu-AlCO3 e avaliar o seu desempenho na reação de redução do NO pelo CO, visando melhorar a atividade e a seletividade a N2. Foram estudados diversos parâmetros de síntese e diferentes composições. Os parâmetros mais influentes na síntese foram a relação molar H2O/(Al+Cu) e a temperatura de secagem do sólido, cujos melhores valores foram 434 e 25C, respectivamente. Testaram-se dois sólidos, o primeiro composto pela fase hidrotalcita quase pura e o segundo com uma clara mistura entre fases hidrotalcita e malaquita. As análises térmica e química revelaram presença da fase malaquita em ambos os materiais com porcentagens de 14 e 40%, respectivamente. Os resultados de difração de raios X indicaram a presença da fase CuO para os catalisadores provenientes da calcinação dos materiais tipo hidrotalcita, porém a espectroscopia Raman evidenciou a presença de Cu2O no catalisador proveniente do material com maior mistura de fases. Os ciclos redox mostraram uma melhora na redutibilidade dos catalisadores após um ciclo de oxidação-redução. Além disso, foi estudado o impacto do envelhecimento térmico a 900C por 12 h no desempenho dos catalisadores. Pelos resultados de teste catalítico os melhores desempenhos foram alcançados pelos catalisadores envelhecidos, contudo o catalisador proveniente do precursor mais puro apresentou-se melhor tanto novo como envelhecido em termos de menor rendimento de N2O. Uma comparação com catalisadores à base de metal nobre mostrou um bom desempenho dos catalisadores à base de cobre, com a vantagem destes apresentarem menor emissão de N2O em temperaturas menores

Tunable Ag surface-plasmon-resonance wavelength and its application on the photochromic behavior of TiO2-Ag films

Surface and bulk plasmon resonance of noble metal particles play an essential role in the multicolor photochromism of semiconductor systems containing noble metal particles, Here we examined several key parameters affecting surface plasmon resonance wavelength (SPRW) of Ag particles and investigated the relation between surface plasmon and photochromic reaction wavelength. From the transmission spectra of sandwiched (TiO2/Ag/TiO2) and overcoated (Ag/TiO2) films deposited on quartz substrates at room temperature by rf helicon magnetron sputtering, we demonstrated that the SPRW can be made tunable by changing the surrounding media and thickness of the metal layer. The coloration and bleaching in visible light region due to photochromism were clearly observed for the films inserted with a 0.55 nm Ag layer.

Tunable optical properties of nano-Au on vanadium dioxide

The optical properties of Au nanoparticles deposited on thermochromic thin films of VO2 are investigated using spectroscopy. A localized modification on the transmittance spectrum of VO2 film is formed due to the presence of Au nanoparticles which exhibit localized surface plasmon resonance (LSPR) in the visible-near IR region. The position of the modification wavelength region shows a strong dependence on the Au mass thickness and shifts toward the red as it increases. On the other hand, it was found that the LSPR of Au nanoparticles can be thermally tunable because of the thermochromism of the supporting material of VO2. The LSPR wavelength, lambda(SPR), shifts to the blue with increasing temperature, and shifts back to the red as temperature decreases. A fine tuning is achieved when the temperature is increased in a stepwise manner.

Wavelength multiplexing and tuning in nano-Ag/dielectric multilayers

Multicolored optical active planes have been fabricated with magnetron sputter method coupled with selective masking technique. The plane is multilayer structured with Ag nanoparticles and TiO2 thin layer as the building blocks. It was found that the formed multilayer can be readily wavelength multiplexed by simply overlapping several nano-Ag/TiO2 layered structures, each of which may have different surface plasmon resonance wavelength. Unlike high order multiple resonances of large particles each of the multiplexing wavelengths in such a system is separately tunable. Importantly, it reveals that modification of the TiO2 layer thickness generates a fine tuning of the resonance wavelength.

Nano-Ag on vanadium dioxide. I. Localized spectrum tailoring

We report on the utilization of localized surface plasmon resonance (LSPR) of Ag nanoparticles to tailor the optical properties Of VO2 thin film. Interaction of nano-Ag with incident light yields a salient absorption band in the visible-near IR region and modifies the spectrum Of VO2 locally. The wavelength of modification occurs in a limited spectral region rather than affects the full spectrum. The wavelength of modification shows a strong dependence on the metal nanoparticle size and shifts toward the red as the particle size or the mass thickness of nano-Ag increases. Also, we found that the wavelength can be shifted into the IR further by introducing a thin layer of TiO2 onto the nano-Ag. Interestingly, with the help of LSPR effects the VO2 film exhibits an anomalous thermochromic behavior in the modification wavelength region, which may be useful in optical switching applications.

Nano-Ag on vanadium dioxide. II. Thermal tuning of surface plasmon resonance

Thermal tuning of the localized surface plasmon resonance (LSPR) of Ag nanoparticles on a thermochromic thin film of VO2 was studied experimentally. The tuning is strongly temperature dependent and thermally reversible. The LSPR wavelength lambda(SPR) shifts to the blue with increasing temperature from 30 to 80 degrees C, and shifts back to the red as temperature decreases. A smart tuning is achievable on condition that the temperature is controlled in a stepwise manner. The tunable wavelength range depends on the particle size or the mass thickness of the metal nanoparticle film. Further, the tunability was found to be enhanced significantly when a layer of TiO2 was introduced to overcoat the Ag nanoparticles, yielding a marked sensitivity factor Delta lambda(SPR)/Delta n, of as large as 480 nm per refractive index unit (n) at the semiconductor phase of VO2.

Wavelength multiplexing and tuning in nano-Ag/dielectric multilayers

Multicolored optical active planes have been fabricated with magnetron sputter method coupled with selective masking technique. The plane is multilayer structured with Ag nanoparticles and TiO2 thin layer as the building blocks. It was found that the formed multilayer can be readily wavelength multiplexed by simply overlapping several nano-Ag/TiO2 layered structures, each of which may have different surface plasmon resonance wavelength. Unlike high order multiple resonances of large particles each of the multiplexing wavelengths in such a system is separately tunable. Importantly, it reveals that modification of the TiO2 layer thickness generates a fine tuning of the resonance wavelength.

贵金属（Au, Ag, Pt, Pd）纳米材料的可控合成及性能研究

功能化的贵金属纳米材料的设计和可控制备在材料科学研究领域引起了人们广泛的关注。贵金属纳米材料的光学、电学、磁学和催化等物理和化学性质不但与其大小有关，而且还与其形貌息息相关。因此寻求简单而有效的低温溶液合成途径以实现对贵金属纳米材料的尺寸和形貌控制尤为重要。本论文的主要研究内容可以归纳如下： (1)在水溶液中利用种子生长方法分别制备了核壳Au-Pd/Pt三金属复合纳米粒子和三层的核壳AuAg复合纳米粒子。这些纳米粒子的尺寸和组成可以通过改变金种子的加入量来加以调控。 (2)通过种子生长和取代沉积相结合的方法制备了具有金核铂/银双金属壳的铃铛状纳米粒子。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱对所得纳米粒子的尺寸、结构和组成进行了表征。 (3)以二肽甘氨酰甘氨酸作为模板合成了具有[111]取向的单晶银纳米片。通过改变实验条件探讨了片状银纳米结构的形成机理。片状银纳米结构的产率可达到80%，反应物之间的摩尔比对产物的尺寸和形貌有至关重要的作用。 (4)将K3[Fe(CN)6]和Na2S2O3的混合溶液进行水热处理，得到了具有立方体形貌的FeIIIFeIII(CN)6（柏林绿）微晶。实验结果显示K3[Fe(CN)6]和Na2S2O3的摩尔比及其浓度对所得产物的尺寸、形貌和组成有决定性的作用。 (5)在室温下通过混合3, 3', 5, 5'-四甲基联苯胺和氯铂酸，成功合成了有机-无机杂化的纳米纤维。纳米纤维的尺寸和形状可以通过改变反应物的比和浓度加以控制。基于不同的实验结果，提出了纳米纤维的可能形成机理。

贵金属纳米粒子的化学合成和自组装纳米结构

一般来说，构筑自组装结构，需要首先构筑基本单元（BuildingBlocks）。广义来讲，原（离）子、分子、原子团、超分子、高分子、生物分子、纳米粒子以及其他尺度的粒子基元都可以充当自组装的基本单元。基本单元在一定条件下会自发聚集生成具有一定功能的材料一或器件。本文关心的是在纳米尺度（1-100纳米）范围内构筑贵金属纳米粒子自组装纳米结构。具体地说，我们侧重贵金属（金、银）纳米粒一子的化学合成，控制贵金属纳米粒子组装成特定的纳米结构（纳米粒子集合体），研究纳米粒子和纳米结构的等离子共振吸收和电化学特性。本文从以下几个方面展开叙述如下：（1）使用两相法，用相对廉价的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基澳化按作为保护剂，合成了稳定的金纳米粒子。系统研究了该粒子在各种条件下的自组装过程：溶剂挥发诱导的自组装、双功能分子桥联的自组装和施加力场条件下的受迫自组装。（2）发现阳离子表面活性剂一四辛基漠化钱可以直接诱导水溶性带负电荷的金纳米粒子从水溶液到甲苯相的相转移。更有趣的是，相转移具有尺寸效应，利用尺寸效应可能会实现对某些多分散金纳米粒子进行尺寸精馏。（3）系统研究了小分子桥联的金纳米粒子的可控组装及等离子学和电化学特性。我们发现硫瑾染料分子、钴卟啉梁料分子、刚性分子导线、碘离子都可以作为连接金纳米粒子的，分子胶水。使用类似建筑学上的“砖块胶泥组装”策略可以在纳米尺度莎围内搭筑纳米建筑。所制备的纳米建筑具有可调节的等离子吸收和电催化特性。（4）使用微分脉冲伏安技术研究了银纳米粒子表面组装体在水溶液中的库仑阻塞现象。（5）分子膜支撑的金纳米粒子二维阵列具有纳米阵列电极行为，控制纳米粒子的组装调节了电极界面的异相电子转移动力学。（6）为了解决分子纳米表面修饰的聚集问题，我们发展了固定化纳米表面修饰的方法。该方法适用于分子单层、双层和多层分子自组装系统，并且可以直接进行光学和电化学表征。在纳米表面受限的分子自组装系统表现出了一些有趣的电化学特性。

Electrical bistability and negative differential resistance in diodes based on silver nanoparticle-poly(N-vinylcarbazole) composites

An electrically bistable device has been fabricated using nanocomposite films consisting of silver nanoparticles and a semiconducting polymer by a simple spin-coating method. The current-voltage characteristics of the as-fabricated devices exhibit an obvious electrical bistability and negative differential resistance effect. The current ratio between the high-conducting state and low-conducting state can reach more than 103 at room temperature. The electrical bistability of the device is attributed to the electric-filed-induced charge transfer between the silver nanoparticles and the polymer, and the negative differential resistance behavior is related to the charge trapping in the silver nanoparticles. The results open up a simple approach to fabricate high quality electrically bistable devices by doping metal nanoparticles into polymer.

Preparation and characterization of PtSn/C anode electrocatalysts for direct ethanol fuel cell

Highly active PtSn/C catalyst was prepared by a polyol method. The catalyst was reduced in H-2/Ar atmosphere at 600 degreesC for 2 h in order to obtain different metallic phase. TEM images show uniform dispersion of spherical metal nanoparticles with average diameters of 1.8 and 3.9 nm for the as-prepared and treated catalysts, respectively. UV-vis spectrophotometry is employed to monitor the preparation process and the results indicate that Pt-Sn complex formed once the precursors of Pt and Sn were mixed together. The structure properties of the samples were characterized using X-ray diffraction. The results show that after reduction, the catalyst tends to form PtSn alloy. TPR experiment results show that Sn exists in multivalent state in the as-prepared sample while only zero-valence Sn was detected in the treated sample, while it could not be excluded that the multivalent tin existed in the treated sample. Cyclic voltammetry (CV) technique and single direct ethanol fuel cell (DEFC) tests indicate that the as-prepared catalyst possesses superior catalytic activity for ethanol oxidation to the treated sample. The results suggest that Pt and multivalent Sn are the active species for ethanol oxidation. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Unique properties of Ir/ZSM-5 catalyst for NO reduction with CO in the presence of excess oxygen

The reduction of NO with CO in the presence of excess oxygen was investigated over different noble metal catalysts for probing the relationship between catalytic properties and adsorption behaviors. Among the four precious metal catalysts investigated, Ir/ZSM-5 was found to be the only active one for NO reduction with CO under lean conditions. With the decreasing of the Ir content, higher NO conversion and CO selectivity was obtained. Temperature-programmed reaction (TPR) studies of NO/H-2/O-2 and NO/CO/O-2 showed that the Pt/ZSM-5 was active when H-2 was used as the reductant, whereas, the Ir/ZSM-5 was active when CO was the reducing agent. This difference is due to the different mechanisms of the two reactions. Temperature-programmed desorption (TPD) of NO, CO and O-2 showed that NO could dissociate more easily over the Ir/ZSM-5 than on the Pt/ZSM-5, while the oxidation of CO by O-2 proceeded more rapidly on the Pt/ZSM-5 than on the Ir/ZSM-5. The presence of excess O-2 inhibited drastically the dissociation of NO, which is considered as the key step for the NO-CO reaction. The high dissociation rate of NO over the Ir/ZSM-5 is visualized as the key factor for its superior high activity in NO reduction with CO under lean conditions. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.