Studio delle proprietà superficiali e catalitiche di nanoparticelle di palladio supportate su ossidi di cerio e praseodimio per l’ossidazione completa del metano = Study of superficial and catalytic properties of palladium nanoparticles supported on cerium/praseodymium oxide for methane complete oxidation

Il gas naturale, di cui il metano è il principale componente, è considerato dall’Unione Europea la risorsa energetica principale per il processo di decarbonizzazione. Il metano è un potente gas ad effetto serra: l’abbattimento delle emissioni di metano incombusto è raggiungibile mediante ossidazione catalitica con catalizzatori a base palladio, considerati i più attivi per questa reazione rispetto ad altri metalli nobili. Il supporto su cui depositare le particelle di palladio riveste un ruolo fondamentale perché è responsabile delle prestazioni catalitiche e della stabilità del catalizzatore. L’utilizzo della ceria come supporto, grazie alle sue proprietà redox, consente di rallentare la transizione termica dell’ossido di palladio a palladio metallico, la quale riduce l’attività catalitica. Recentemente, è stato proposto l’utilizzo del praseodimio come elemento dopante del supporto a base ceria, al fine di migliorare le interazioni tra le particelle di palladio e il supporto. Il lavoro svolto si è concentrato sullo studio delle proprietà chimico-morfologiche e dell’attività di catalizzatori formati da nanoparticelle uniformi di palladio depositate su supporti ceria/praseodimia in diverse concentrazioni sintetizzati mediante tecnica idrotermale. Sono state condotte misure dell’area superficiale, analisi TEM, XRD e XPS per studiare la morfologia, le fasi presenti e la composizione superficiale dei catalizzatori, mentre la riducibilità dei campioni è stata analizzata tramite CH4-TPR. Le interazioni tra i catalizzatori e alcune molecole sonda (metano, acqua e monossido di carbonio) sono state determinate con la spettroscopia FT-IR, riducendo i campioni in pastiglie con densità di 10-60 mg/cm2. Lo studio FT-IR delle interazioni catalizzatore-metano ha rivelato una correlazione tra la quantità di metano fisisorbito e le performances catalitiche. L’utilizzo dell’acqua è volto ad indagare l’idrofilia dei campioni, la quale influenza l’attività catalitica essendo l’acqua un potente veleno per questi catalizzatori; invece, il monossido di carbonio è stato impiegato per studiare alcuni siti attivi. Infine, sono stati condotti test catalitici in condizioni di eccesso di ossigeno, eseguendo due cicli di riscaldamento e raffreddamento per valutare le prestazioni dei catalizzatori e la loro stabilità. I risultati ottenuti dimostrano che l’aggiunta di un contenuto moderato di praseodimio aumenta la stabilità termica e la riducibilità dei campioni e amplifica l’interazione del supporto con la molecola di metano, migliorando sensibilmente le prestazioni catalitiche del sistema Pd/ceria. Per tutte queste ragioni, il campione Pd/Ce90Pr10 risulta essere il più attivo per l’ossidazione completa del metano.