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metadata.teses.dc.title: Investigação teórica do bulk e da superfície da δ-FeOOH dopada com Nb como potencial catalisador bifuncional
metadata.teses.dc.title.alternative: Bulk and surface theoretical investigation of Nb-doped δ-FeOOH as a promising bifunctional catalyst
metadata.teses.dc.creator: Lacerda, Lívia Clara Tavares
metadata.teses.dc.creator.Lattes: http://lattes.cnpq.br/3004268578596784
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Ramalho, Teodorico de Castro
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Leal Neto, Jonas
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Nogueira, Francisco Guilherme Esteves
metadata.teses.dc.contributor.referee3: Oliveira, Igor Saulo Santos de
metadata.teses.dc.contributor.referee4: Mancini, Daiana Teixeira
metadata.teses.dc.subject: Catálise heterogênea
Catalisadores bifuncionais
Ferroxita
Nióbio
Density functional theory
Heterogeneous Catalysis
Bifunctional catalysts
Feroxyhyte
Niobium
metadata.teses.dc.date.issued: 22-Jul-2020
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
metadata.teses.dc.identifier.citation: LACERDA, L. C. T. Investigação teórica do bulk e da superfície da δ-FeOOH dopada com Nb como potencial catalisador bifuncional. 2020. 86 p. Tese (Doutorado em Agroquímica) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2020.
metadata.teses.dc.description.resumo: O desenvolvimento de catalisadores bifuncionais tem despertado o interesse dos pesquisadores nos últimos anos. A utilização desses materiais pode modificar os mecanismos de vários processos industriais, aperfeiçoando a produção de insumos de grande importância. Estudos recentes buscam por materiais constituídos de metais de transição abundantes na Terra, para substituir os baseados em metais nobres. Neste trabalho, investigou-se, por meio de cálculos computacionais de sistemas periódicos, as propriedades da ferroxita (δ-FeOOH) pura e dopada com nióbio (Nb) abordando, especialmente, as características responsáveis pela atividade bifuncional destes catalisadores. Foram realizados cálculos de bulk e de superfície dos materiais, baseando-se na Teoria do Funcional de Densidade (DFT) e empregando-se a abordagem Projetor Augmented Wave (PAW). A estrutura da δ-FeOOH foi otimizada considerando-se os efeitos das interações de van der Waals, (vdW) na energia total do cálculo da DFT, e a correção de Hubbard (DFT+U). Os parâmetros estruturais calculados possuem boa concordância com dados experimentais. Determinou-se o valor de U para o átomo de ferro na estrutura da δ-FeOOH, grandeza ainda não descrita na literatura. A utilização de U= 4,9 eV forneceu resultados com maior proximidade ao valor experimental de band gap da δ-FeOOH, igual a 2,2 eV. Os resultados também mostraram que a formação do bulk do oxihidróxido dopado com Nb é termodinamicamente estável e que a inserção do dopante leva formação de interações de vdW mais fortes entre as camadas do bulk da δ-FeOOH, o que pode aumentar a estabilidade térmica do catalisador. Além disso, características que levam ao aprimoramento da atividade bifuncional e de outras propriedades catalíticas da ferroxita, como resultado da dopagem com Nb, foram evidenciadas. A incorporação do átomo de Nb, no modelo de superfície mais estável da δ-FeOOH, mostrou-se ainda mais favorável do que no bulk, sugerindo que novos sítios ativos superficiais podem ser formados com a dopagem. Os resultados do estudo das propriedades estruturais e eletrônicas da superfície da δ-FeOOH dopada indicaram que a presença do Nb aumenta a acidez de Brønsted e origina novos sítios ácidos de Lewis na superfície do catalisador, os quais podem elevar a eficiência bifuncional do material.
metadata.teses.dc.description.abstract: The development of bifunctional catalysts has drawn the attention of researchers in recent years. The use of these materials can transform the mechanisms of various industrial processes, improving the production of inputs of great importance. Recent studies look for the highly efficient materials, constituting of abundant transition metals, to replace the noble metal-based ones. In this work was investigated the properties of ferroxyhyte (δ-FeOOH), pure and doped with niobium, Nb, through computational calculations of periodic systems, especially addressing the characteristics responsible for the bifunctional activity of these catalysts. Bulk and surface of materials calculations based on the Density Functional Theory, DFT, were performed, also using the Projector Augmented Wave approach, PAW. The δ-FeOOH structure was optimized considering the effects of van der Waals interactions, vdW, on the total energy of the DFT calculation, and the Hubbard correction, DFT+U. The calculated structural parameters are in good agreement with experimental data. The value of U for the iron atom in the structure of δ-FeOOH, was determined for the first time, in this study. The use of U = 4.9eV provided results with greater proximity to the experimental value of δ-FeOOH band gap (2.2 eV). The results also showed that the formation the Nb-doped bulk oxyhydroxide is thermodynamically stable and that the insertion of the dopant leads to the formation of stronger vdW interactions between the layers of the δ-FeOOH bulk, which can increase the thermal stability of the catalyst. In addition, characteristics that lead to the improvement of the bifunctional activity and other catalytic properties of feroxyhyte as a result of doping with Nb were evidenced. The Nb incorporation in the more stable surface model of δ-FeOOH was even more favorable than in bulk, suggesting that new surface active sites can be formed with doping. The results of the structural and electronic properties study of the doped δ-FeOOH surface, indicated that the presence of Nb increases Brønsted acidity and create new Lewis acid sites on the catalyst surface, which can enhance the bifunctional efficiency of the material.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido da autora até julho 2021.
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/42065
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: por
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