Caracterización de óxidos mixtos de Ce, Pr y Zr con propiedades redox de interés en catálisis. Estudio del origen de las modificaciones redox producidas por envejecimiento químico-térmico

Abstract

El empleo en catálisis de óxidos mixtos relacionados con el óxido de cerio esta justificado por una serie de interesantes propiedades, tanto químicas como estructurales. Entre las aplicaciones catalíticas de estos óxidos destacan su uso como componente de los catalizadores de 3 vías usados en automoción. Otras aplicaciones destacadas son su uso en las reacciones de oxidación, por ejemplo, los procesos de oxidación húmeda de contaminantes orgánicos en aguas residuales, o los procesos de combustión catalítica. Además hay otras aplicaciones que en los últimos años han cobrado gran interés, como son los procesos relacionados con la síntesis de hidrógeno con elevados requerimientos de pureza, a partir de hidrocarburos ligeros. En todas las aplicaciones catalíticas de los óxidos mixtos relacionados con el óxido de cerio, las propiedades redox de los mismos juegan un papel clave. Uno de los objetivos de este trabajo ha sido realizar un estudio comparativo de las propiedades redox de los óxidos de Ce/Pr, Ce/Zr y Ce/Pr/Zr. Sobre estos óxidos se han realizado estudios de reducción en distintas atmósferas. Además, se ha medido la OSC, prestando especial atención a los temas relacionados con la rapidez con la que el oxígeno es intercambiable, aspecto muy importante para algunas aplicaciones de estos materiales. También se han tenido en cuenta algunos aspectos relacionados con la estabilidad de la OSC de estas muestras frente a fenómenos de envejecimiento causados por tratamientos térmicos en distintas atmósferas. Los óxidos de Ce/Zr, además de presentar mejores propiedades texturales y redox que el CeO2, presentan unas características redox peculiares, relacionadas con el cambio de reducibilidad que estos materiales sufren dependiendo de su historia químico-térmica, pudiéndose modular el comportamiento redox de estos óxidos dependiendo de los ciclos de reducción y oxidación aplicados. El segundo objetivo de esta Tesis ha sido encontrar una correlación clara entre las modificaciones estructurales que los tratamientos químico/térmicos producen sobre estas muestras y los cambios en las propiedades redox. Este peculiar comportamiento ha sido estudiado por un gran número de grupos de investigación aunque hasta ahora no había habido una explicación satisfactoria. Para estudiar este fenómeno se han preparado dos óxidos de Ce/Zr de muy distinta reducibilidad sobre los cuales se han aplicado una amplia gama de técnicas tanto químicas como estructurales. En esta Tesis se ha creado un modelo para interpretar el comportamiento de estos materiales. Esta Tesis supone un avance importante en la interpretación del comportamiento de los óxidos mixtos de cerio-circonio y contribuye notablemente a una mejor comprensión de la información contenida en la extensa bibliografía existente sobre las propiedades redox de este interesante tipo de materiales.