Multimetallic complexes based on phosphine- and phosphine oxide- appended p-hydroquinones

Presented here, is the work done with a series of binucleating ligands based on phosphine and phosphine oxide appended p-hydroquinones and their reactions towards various metals sources. The long term goal of the project was to produce coordination polymers that would have novel electronic, magnetic, and optical properties which would be of use in the field of molecular electronics. Binucleating ligands contained a p-hydroquinone motif in which various phosphine- and phosphine oxide substituents have been placed in the ortho position relative to each of the hydroxy position were synthesized. A previously published synthetic method for such lugands utilized n-BuLi to form a phenyl lithium intermediate which was quenched with chlorodiphenylphosphine. This technique was also used to produce a ligand with diisopropylphosphine groups. Phosphine ligands, containing the same structural motif, were also generated using LDA as the lithiating agent. This technique was found to be higher yielding. Phosphine chalcogenide ligands were accessed by further oxidizing the low valent phosphorous centers with either hydrogen peroxide or with elemental sulfur. These ligands were characterized using multinuclear NMR, low and high resolution mass spectroscopy, FTIR, and single crystal X-ray diffraction. Their electrochemical properties were explored with cyclic voltammetry. The phosphine appended ligands were used in the synthesis of a several bimetallic complexes. It was found that the ligands readily reacted with NiCp2 and NiCp*2, displacing one of the cyclopentadiene (Cp) or pentamethylcyclopentadiene (Cp*) rings. A cyclopentadiene complexes, containing diisopropylphine, was readily oxidized by[FeCp2]PF6 to give a NMR silent mixed valence complex. Cyclic voltammetry of these complexes showed a number of reversible waves with a large potential separation. The mixed valence compounds also showed a large absorbance band in the NIR region which was assigned to be an intervalence charge transfer. The cyclic voltammetry and NIR spectroscopy suggest that these systems are very capable of efficient metal-to-metal charge transfer. These complexes were characterized by multinuclear NMR, single crystal X-ray diffraction, UV/VIS-NIR spectroscopy and elemental analysis. The phosphine oxide ligands were reacted with a variety of different metal sources but limited success was gained in obtaining single crystals, allowing structural characterization of these compounds. Single crystals were obtained from products generated by reacting the diphenylphosphine oxide ligand with (Bipy)Cu(NO3)2 and Cu(NO3)2. In all cases the ligand had been further oxidized to a 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone motif. In the reaction between the diphenylphosphine oxide ligand and (Bipy)Cu(NO3)2 it was found that the phosphine oxide moiety was involved with intermolecular coordination leading to the formation of a one-dimensional polymer composed of a series of bimetallic complexes tethered together. When NaSbF6 was present in the reaction with (Bipy)Cu(NO3)2 a unique tetrametallic complex was formed. Here the phospine oxide moiety was oriented so that two bimetallic complexes were bound together. If only Cu(NO3)2 was present, a two-dimensional polymeric sheet was formed where the ligand was present in two different coordination modes. The electronic properties of these complexes remained to be assessed.

Cooperative Effects of Electron Donors and Acceptors for the Stabilization of Elusive Metal Cluster Frameworks: Synthesis and Solid-State Structures of Pt-19(CO)(24)(mu(4)-AuPPh3)(3)](-) and Pt-19(CO)(24){mu(4)-Au-2(PPh3)(2)}(2)]

The anionic cluster Pt-19(CO)(22)](4-) (1), of pentagonal symmetry, reacts with CO and AuPPh3+ fragments. Upon increasing the Au:Pt-19, molar ratio, different species are sequentially formed, but only the last two members of the series could be characterized by X-ray diffraction, namely, Pt-19(CO)(24)(mu(4)-AuPPh3)(3)](-) (2) and Pt-19(CO)(24){mu(4)-Au-2(PPh3)(2)}(2)] (3).The metallic framework of the starting cluster is completely modified after the addition of CO and AuL+, and both products display the same platinum core of trigonal symmetry, with closely packed metal atoms. The three AuL+ units cap three different square faces in 2, whereas four AuL+ fragments are grouped in two independent bimetallic units in the neutral cluster 3. Electrochemical and spectroelectrochemical studies on 2 showed that its redox ability is comparable with that of the homometallic 1.

Molecular-Based Magnetism in High-Spin Molecular Clusters and Three-Dimensional Networks Based on Cyanometalate Building Blocks

The field of molecule-based magnets is a relatively new branch of chemistry, which involves the design and study of molecular compounds that exhibit a spontaneous magnetic ordering below a critical temperature, Tc. One major goal involves the design of materials with tuneable Tc's for specific applications in memory storage devices. Molecule-based magnets with high magnetic ordering temperatures have recently been obtained from bimetallic and mixed-valence transition metal μ-cyanide complexes of the Prussian blue family. Since the μ-cyanide linkages permit an interaction between paramagnetic metal ions, cyanometalate building blocks have found useful applications in the field of molecule-based magnets. Our work involves the use of octacyanometalate building blocks for the self-assembly of two new classes of magnetic materials namely, high-spin molecular clusters which exhibit both ferromagnetic intra- and intercluster coupling, and specific extended network topologies which show long-range ferromagnetic ordering.

Multifunctional Coordination Compounds: Design and Properties

Cleverly designed molecular building blocks provide chemists with the tools of a powerful molecular-scale construction set. They enable them to engineer materials having a predictable order and useful solid-state properties. Hence, it is in the realm of supramolecular chemistry to follow a strategy for synthesizing materials which combine a selected set of properties, for instance from the areas of magnetism, photophysics and electronics. As a successful approach, host/guest solids which are based on extended anionic, homo- and bimetallic oxalato-bridged transition-metal compounds with two-and three-dimensional connectivities have been investigated. In this report, a brief review is given on the structural aspects of this class of compounds followed by a presentation of a thermal and magnetic study for two distinct, heterometallic oxalato-bridged layer compounds.

Evolução estrutural e performance catalítica de nanopartículas de AuPd de composição variável

Nanopartículas bimetálicas de AuPd têm mostrado excelente atividade catalítica em reações de oxidação. O entendimento dos efeitos da variação da composição e morfologia das nanopartículas bimetálicas em suas propriedades catalíticas é fundamental para a preparação de catalisadores cada vez mais ativos e seletivos. Neste trabalho foram estudadas nanopartículas bimetálicas de AuPd de composição variável suportadas sobre um suporte constituído por nanopartículas de magnetita revestidas por sílica. O efeito da calcinação e da redução com hidrogênio sobre a morfologia e composição das nanopartículas bimetálicas foi acompanhado pelas técnicas de TEM, XEDS, XAS, XRD e XPS. A correlação entre estrutura, composição e atividade catalítica dos catalisadores preparados foi estudada pelo acompanhamento de reações de oxidação de monóxido de carbono e de oxidação de álcool benzílico. As amostras não calcinadas apresentaram segregação metálica em todas as composições estudadas. Após a etapa de calcinação, maior segregação metálica foi encontrada, com a formação de óxido de paládio na superfície das nanopartículas, exceto na amostra mais rica em ouro. O tratamento das amostras oxidadas com hidrogênio foi capaz de reduzir os metais oxidados na superfície das nanopartículas, mas um enriquecimento em paládio na superfície e maior segregação entre ouro e paládio foram observados. Uma melhora na atividade catalítica na oxidação de monóxido de carbono foi observada juntamente com um aumento na composição de paládio, além disso, observou-se uma maior atividade catalítica em relação às nanopartículas não calcinadas para as amostras calcinadas e reduzidas. Para a oxidação de álcool benzílico um aumento na atividade catalítica de até cinco vezes foi observado após a calcinação dos catalisadores, com maior atividade para a amostra de composição Au1Pd2. A queda na atividade catalítica após a redução dos catalisadores mostrou que a presença de óxido de paládio na superfície das nanopartículas é fundamental para que seja observada uma maior atividade catalítica.

Estudo da seletividade de catalisadores a base de cobre e paládio em transformações de hidrocarbonetos insaturados

Compreender a correlação entre as características de um catalisador particular e seu desempenho catalítico tem sido um dos principais objetos da pesquisa em catálise heterogênea a fim de usar esse conhecimento para o desenho racional de catalisadores mais ativos, seletivos e estáveis. A seletividade é um dos fatores mais importantes a ser controlado pelo desenho de catalisadores, podendo ser alcançada de diversas maneiras, levando-se em consideração mudanças do tipo estrutural, química, eletrônica, de composição, de cinética e de energia. O trabalho descrito nessa tese de doutorado compreende a síntese e caracterização de catalisadores compostos de nanopartículas de óxido de cobre, paládio e cobre-paládio e seu estudo em reações de hidrogenação e oxidação seletivas de hidrocarbonetos insaturados. Os catalisadores foram preparados através da deposição de nanopartículas dos metais cataliticamente ativos sobre suportes magneticamente recuperáveis compostos de nanopartículas de magnetita revestidas por sílica com superfícies funcionalizada com diferentes grupos orgânicos. A natureza magnética do suporte permitiu a fácil separação do catalisador do meio reacional pela simples aproximação de um ímã na parede do reator. O catalisador pôde ser completamente separado da fase líquida, fazendo com que a utilização de outros métodos de separação como filtração e centrifugação, comumente utilizados em sistemas heterogêneos líquidos, fossem completamente dispensados. Os catalisadores foram inicialmente testados em reações de hidrogenação de alquenos e alquinos. As reações de hidrogenação foram realizadas utilizando hidrogênio molecular como agente redutor, dispensando a utilização de agentes redutores mais agressivos. Os catalisadores compostos de NPs de Pd mostram excelente atividade e capacidade de reutilização na hidrogenação de cicloexeno, podendo ser utilizados em até 15 ciclos sem perda de atividade. Nas reações de hidrogenação de alquinos, os catalisadores que contêm cobre mostraram maior seletividade para a obtenção dos produtos de semi-hidrogenação, com destaque para o catalisador composto de NPs de CuPd, que não apresenta nem traços do produto de hidrogenação completa na amostra final. Esse catalisador bimetálico alia as características do paládio (elevada atividade) e do cobre (elevada seletividade) para fornecer um catalisador ativo e seletivo para a transformação desejada. Além disso, os grupos funcionais presentes na superfície do suporte catalítico mostraram influência na atividade e seletividade para a hidrogenação de alquenos e alquinos. Os catalisadores sintetizados também foram testados na reação de oxidação de cicloexeno e mostraram seletividade para a produção do composto carbonílico α,β-insaturado, cicloex-2-en-1-ona, que é um reagente de partida de grande interesse para a síntese de diversos materiais na indústria química. As reações de oxidação foram realizadas utilizando-se apenas O2 como oxidante primário, dispensando o uso de oxidantes tóxicos como cromatos, permanganatos ou compostos halogenados, que não são recomendados do ponto de vista ambiental. Os catalisadores sintetizados puderam ser reutilizados em sucessivos ciclos de oxidação, mostrando seletividade para a formação dos produtos alílicos em todos os ciclos. Os catalisadores foram estáveis sob as condições reacionais e não apresentaram problemas de lixiviação da espécie ativa para o meio reacional, que é comum na catálise heterogênea. Um estudo cinético mostrou que, mesmo no início da reação, o catalisador tem seletividade para a ocorrência de oxidação alílica em detrimento da reação de oxidação direta que dá origem ao epóxidos correspondente, e se mostrou condizente com o mecanismo proposto na literatura para a reação de oxidação de alquenos via radicalar.

Oxidação eletroquímica de etanol em temperatura ambiente e intermediária: estudo quantitativo das vias reacionais por espectrometria de massas on-line

Na primeira parte do trabalho, foram investigados materiais ativos para eletro-oxidar etanol e acetaldeído seletivos para a rota C2 (Carbono 2) e, também, ativos para eletro-oxidar hidrogênio molecular, visando a aplicação em células a combustível de hidrogênio indireto. Neste tipo de célula, um processador de combustível externo desidrogena o etanol e os produtos desta reação, contendo H2, acetaldeído e, possivelmente, etanol residual, são direcionados para alimentar o ânodo. Neste sentido, o eletrocatalisador anódico pode ser ativo para a eletro-oxidação de etanol residual, bem como acetaldeído, mas este deve catalisar a reação via C2 com o objetivo de evitar a formação de espécies que envenenam a superfície catalítica (CO ou CHx), ou seja, a ligação C-C deve permanecer intacta. Os eletrocatalisadores bimetálicos foram formados por M/Pt/C (onde M = W, Ru ou Sn) e os produtos reacionais foram analisados por DEMS On-line. Os resultados mostraram que Ru/Pt/C e Sn/Pt/C apresentaram maiores taxas de reação global, no entanto, eles não foram seletivos. Por outro lado, W2/Pt3/C foi mais seletivo para a rota C2, dada a não formação de CH4 e CO2. Além disso, este material também foi ativo e estável para a eletro-oxidação de H2, mesmo na presença de acetaldeído, o que o torna um potencial catalisador para aplicação no ânodo de células a combustível de hidrogênio indireto. Na segunda parte do trabalho, o objetivo foi relacionado com o estudo de eletrocatalisadores seletivos para a rota C1 (Carbono 1). A oxidação eletroquímica do etanol e de seus produtos reacionais foram investigados por DEMS on-line em temperatura ambiente e intermediária (245oC). Para temperatura ambiente, utilizou-se solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4) e, para temperatura intermediária, utilizou-se ácido sólido (CsH2PO4) como eletrólito. Os eletrocatalisadores investigados foram formados por SnOxRuOx-Pt/C e Pt/C. Em temperatura ambiente, os resultados de polarização potenciodinâmica mostraram uma maior atividade eletrocatalítica para o material SnOxRuOx-Pt/C, com eficiência de corrente para formação de CO2 de 15,6% contra 15,2% para Pt/C, sob condições estagnantes, sem controle por transporte de massa. O stripping de resíduos reacionais, após a eletro-oxidação de etanol bulk, sob condições de fluxo, mostraram o acúmulo de espécies com 1 átomo de carbono (CO e CHx) que causam o bloqueio dos sítios ativos e são oxidadas eletroquimicamente somente em mais altos potenciais (ca. 1,0 V). Por outro lado, as curvas de polarização a 245oC mostraram maiores valores de eficiências de correntes para formação de CO2 (45% para Pt/C em ambos potenciais 0,5 V e 0,8 V contra 36% e 50% para SnOxRuOx-Pt/C em 0,5 V e 0,8 V respectivamente) quando comparado com os valores obtidos em temperatura ambiente, mas com atividades similares para SnOxRuOx-Pt/C e Pt/C. Para ambos os eletrocatalisadores, os estudos de espectrometria de massas a 245oC evidenciaram que as rotas eletroquímicas ocorrem em paralelo com rotas puramente químicas, envolvendo catálise heterogênea, de decomposição do etanol, produzindo H2 e CO2 como produtos majoritários.

Estudo e desenvolvimento de catalisadores para células a combustível visando o aumento de escala e avaliação da distribuição de corrente

O trabalho visa o desenvolvimento do sistema para medidas de distribuição de corrente e ampliação de escala (50 cm²) buscando aperfeiçoar as condições de preparação do conjunto eletrodo membrana (MEA) quanto às condições de operação da célula e avaliar a melhor geometria. Foram realizados estudos de síntese de catalisadores de Pt-M e avaliação do desempenho desses materias e das rotas de síntese utilizadas com objetivo de aplicar estes materias em sistemas de maior escala. A insuficiência do desempenho e estabilidade dos catalisadores são fatores que ainda inviabilizam o uso em larga escala das células a combustível de eletrólito polimérico sólido, destacando-se as perdas associadas ao desempenho do cátodo. Os catalisadores preparados foram nanopartículas bimetálicas PtM/C (M = Fe, Co e Ni) suportadas em carbono de elevada área superficial, por duas rotas sintéticas. Foram utilizadas as rotas: ácido fórmico e etilenoglicol modificado (EG). Em ambas as rotas se buscou catalisadores com alto grau de incorporação do segundo metal, tamanho de partícula pequeno e bom desempenho catalítico do cátodo. Observou-se que pela rota do ácido fórmico com modificações no processo de síntese é possível obter a incorporação nominal do segundo metal no catalisador, porém há desvantagem de o tamanho de partícula ser elevado. Pela rota do EG obteve-se catalisadores com pequeno tamanho de partícula, porém a incorporação do segundo metal mostrou-se ineficiente. Os estudos de ampliação de escala foram realizados em células de 50 cm2 variando-se as condições de operação; i) diferentes placas de distribuição de gás, e ii) diferentes valores de fluxo dos gases reagentes. Foi observado que a baixos fluxos de gases a quantidade de reagente é insuficiente para ser difundida por todo eletrodo, o que ocasiona reação apenas na região de entrada de gases no sistema, ocasionando uma rápida limitação em obter-se densidades de corrente alta. Pode-se observar que a diferença de desempenho entre as placas é pequena, porém a placa serpentina 6 apresentou melhor desempenho. O desempenho dos cátodos preparados com catalisadores comerciais e os sintetizados no laboratório nas células de 50 cm² mostrou sofrer bastante influência das condições de operação comparada com as células de 4,6 cm².

Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise.

Single-walled carbon nanotube buckypapers as electrocatalyst supports for methanol oxidation

This work studies the use of various single-walled carbon nanotube (SWCNT) buckypapers as catalyst supports for methanol electro-oxidation in acid media. Buckypapers were obtained by vacuum filtration from pristine and oxidized SWCNT suspensions in different liquid media. Pt–Ru catalysts supported on the buckypapers were prepared by multiple potentiostatic pulses using a diluted solution of Pt and Ru salts (2 mM H2PtCl6 + 2 mM RuCl3) in acid media. The resulting materials were characterized via SEM, TEM, EDX and ICP-OES analysis. Well dispersed rounded nanoparticles between 2 and 15 nm were successfully electrodeposited on the SWCNT buckypapers. The ruthenium content in the bimetallic deposits was between 32 and 48 at. %, while the specific surface areas of the catalysts were in the range of 72–113 m2 g−1. It was found that the solvent used to prepare the SWCNT buckypaper films has a strong influence on the catalyst dispersion, particle size and metal loading. Cyclic voltammetry and chronoamperometry experiments point out that the most active electrodes for methanol electro-oxidation were prepared with the buckypaper supports that were obtained from SWCNT dispersions in N-methyl-pyrrolidone.

Sulfur resistance of Pt-W catalysts

The sulfur resistance of low-loaded monometallic Pt catalysts and bimetallic Pt-W catalysts during the partial selective hydrogenation of styrene, a model compound of Pygas streams, was studied. The effect of metal impregnation sequence on the activity and selectivity was also evaluated. Catalysts were characterized by ICP, TPR, XRD, and XPS techniques. Catalytic tests with sulfur-free and sulfur-doped feeds were performed. All catalysts showed high selectivities (>98%) to ethylbenzene. Activity differences between the catalysts were mainly attributed to electronic effects due to the presence of different electron-rich species of Pt0 and electron-deficient species of Ptδ+. Pt0 promotes the cleavage of H2 while Ptδ+ the adsorption of styrene. The catalyst successively impregnated with W and Pt (WPt/Al) was more active and sulfur resistant than the catalyst prepared with an inverse impregnation order (PtW/Al). The higher poison resistance of WPt/Al was attributed to both steric and electronic effects.

Single wall carbon nanotubes loaded with Pd and NiPd nanoparticles for H2 sensing at room temperature

Pd and bimetallic Ni50Pd50 nanoparticles protected by polyvinylpyrrolidone (PVP) have been synthesized by the reduction-by-solvent method and deposited on single wall carbon nanotubes (SWCNTs) to be tested as H2 sensors. The SWCNTs were deposited by drop casting from different suspensions. The Pd nanoparticles-based sensors show a very reproducible performance with good sensitivity and very low response times (few seconds) for different H2 concentrations, ranging from 0.2% to 5% vol. H2 in air at atmospheric pressure. The influence of the metal nanoparticle composition, the quality of SWCNTs suspension and the metal loading have been studied, observing that all these parameters play an important role in the H2 sensor performance. Evidence for water formation during the H2 detection on Pd nanoparticles has been found, and its repercussion on the behaviour of the assembled sensors is discussed. The sensor preparation procedure detailed in this work has proven to be simple and reproducible to prepare cost-effective and highly efficient H2 sensors that perform very well under real application conditions.

Growth of Carbon Nanotubes on Surfaces: The Effects of Catalyst and Substrate

We report a study of synthesising air-stable, nearly monodispersed bimetallic colloids of Co/Pd and Fe/Mo of varying compositions as active catalysts for the growth of carbon nanotubes. Using these catalysts we have investigated the effects of catalyst and substrate on the carbon nanostructures formed in a plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) process. We will show how it is possible to assess the influence of both the catalyst and the support on the controlled growth of carbon nanotube and nanofiber arrays. The importance of the composition of the catalytic nuclei will be put into perspective with other results from the literature. Furthermore, the influence of other synthetic parameters such as the nature of the nanoparticle catalysts will also be analysed and discussed in detail.

Sonochemical synthesis of graphene oxide supported Pt–Pd alloy nanocrystals as efficient electrocatalysts for methanol oxidation

Pt–Pd bimetallic nanoparticles supported on graphene oxide (GO) nanosheets were prepared by a sonochemical reduction method in the presence of polyethylene glycol as a stabilizing agent. The synthetic method allowed for a fine tuning of the particle composition without significant changes in their size and degree of aggregation. Detailed characterization of GO-supported Pt–Pd catalysts was carried out by transmission electron microscopy (TEM), AFM, XPS, and electrochemical techniques. Uniform deposition of Pt–Pd nanoparticles with an average diameter of 3 nm was achieved on graphene nanosheets using a novel dual-frequency sonication approach. GO-supported bimetallic catalyst showed significant electrocatalytic activity for methanol oxidation. The influence of different molar compositions of Pt and Pd (1:1, 2:1, and 3:1) on the methanol oxidation efficiency was also evaluated. Among the different Pt/Pd ratios, the 1:1 ratio material showed the lowest onset potential and generated the highest peak current density. The effect of catalyst loading on carbon paper (working electrode) was also studied. Increasing the catalyst loading beyond a certain amount lowered the catalytic activity due to the aggregation of metal particle-loaded GO nanosheets.

Nanoparticles of tungsten as low-cost monometallic catalyst for selective hydrogenation of 3-hexyne

Low-cost tungsten monometallic catalysts containing variable amounts of metal (4.5, 7.1 and 8.5%W) were prepared by impregnating alumina with ammonium metatungstate as an inexpensive precursor. The catalysts were characterized using ICP, XPS, XRD, TPR and hydrogen chemisorption. These techniques revealed mainly WO3-Al2O3 (W6+) species on the surface. The effects of the content of W nanoparticles and reaction temperature on activity and selectivity for the partial hydrogenation of 3-hexyne, a non-terminal alkyne, were assessed under moderate conditions of temperature and pressure. The monometallic catalysts prepared were found to be active and stereoselective for the production of (Z )-3-hexene, had the following order: 7.1WN/A > 8.5 WN/A ≥ 4.5 WN/A. Additionally, the performance of the synthesized xWN/A catalysts exhibited high sensitivity to temperature variation. In all cases, the maximum 3-hexyne total conversion and selectivity was achieved at 323 K. The performance of the catalysts was considered to be a consequence of two phenomena: a) the electronic effects, related to the high charge of W (+6), causing an intensive dipole moment in the hydrogen molecule (van der Waals forces) and leading to heterolytic bond rupture; the H+ and H- species generated approach a 3-hexyne adsorbate molecule and cause heterolytic rupture of the C≡C bond into C- = C+; and b) steric effects related to the high concentration of WO3 on 8.5WN/A that block the Al2O3 support. Catalyst deactivation was detected, starting at about 50 min of reaction time. Electrodeficient W6+ species are responsible for the formation of green oil at the surface level, blocking pores and active sites of the catalyst, particularly at low reaction temperatures (293 and 303 K). The resulting best catalyst, 7.1WN/A, has low fabrication cost and high selectivity for (Z )-3-hexene (94%) at 323 K. This selectivity is comparable to that of the classical and more expensive industrial Lindlar catalyst (5 wt% Pd). The alumina supported tungsten catalysts are low-cost potential replacements for the Lindlar industrial catalyst. These catalysts could also be used for preparing bimetallic W-Pd catalysts for selective hydrogenation of terminal and non-terminal alkynes.