CATÁLISE HETEROGÉNEA – ABORDAGEM TEÓRICA

J.R.B. Gomes e J.A.N.F. Gomes

CEQUP/Fac. de Ciências da Univ. do Porto, Rua do Campo Alegre, 687, P-4150 Porto.

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Estudos fundamentais da decomposição e reacção de pequenas moléculas em superfícies catalíticas têm grande interesse para o esclarecimento dos mecanismos e dos intermediários presentes em reacções de catálise heterogénea.

Actualmente inúmeros processos industriais ligados por exemplo à indústria petrolífera, ao ambiente, etc., recorrem a catalisadores químicos. Apesar deste uso em grande escala o sítio reactivo desses catalisadores e o seu mecanismo de reacção é na sua grande maioria uma incógnita. A investigação sobre catalisadores ao aprofundar a sua compreensão permite esperar o desenho mais específico para aplicação em reacções mais selectivas, onde sejam obtidos os produtos que realmente se querem obter, com menos quantidades de produtos secundários, ou seja, reacções mais limpas. Ao longo dos últimos anos têm surgido novas técnicas experimentais para o estudo destes fenómenos próximos das superfícies catalíticas como por exemplo a microscopia de varrimento por efeito de túnel (STM), espectroscopias de alta resolução (HREELS), espectroscopias de raios infra-vermelhos (FTIR, RAIRS), espectroscopias de raios X (XPS, NEXAFS, SEXAFS), etc. Apesar deste grande aumento na quantidade e qualidade dos estudos realizados encontram-se por vezes dificuldades na interpretação dos dados experimentais. Um exemplo deste tipo de dificuldades é a adsorção do formato (HCO₂) nas superfícies (100) e (110) de cobre. Foram realizados 3 estudos estruturais de modo a determinar a forma e sítio de adsorção do formato nestas superfícies. Os resultados obtidos encontram- -se na tabela 1.

É nestas situações que o uso de métodos teóricos adquire extrema utilidade. Usando pequenos agregados metálicos pode ser estudada por cálculo quântico a interacção química de moléculas com estes agregados metálicos de modo a obter as zonas de adsorção e a forma como estas moléculas adsorvem numa superfície metálica. Podem também ser calculadas frequências vibracionais.

Usou-se a teoria dos funcionais de densidade (DFT) para o estudo da interacção com as superfícies de cobre, prata e ouro das espécies que ocorrem quer como produtos quer como intermediários na reacção de oxidação do metanol. Foram obtidos resultados sobre o modo como as espécies adsorvem nas superfícies citadas, tais como os sítios de adsorção mais estáveis nestas superfícies e frequências vibracionais. Nesta comunicação serão apresentados resultados de estudos teóricos [ 8-10] sobre o tipo de ligação das espécies CH₃O, H₂CO, H₂CO₂, HCO₂ e CH₃OH às superfícies de cobre, prata e ouro bem como o perfil da reacção de oxidação catalisada por uma superfície de cobre do radical metoxilo (CH₃O) a formaldeído H₂CO na presença do radical hidroxilo (OH).

Tabela 1. Determinações estruturais do formato adsorvido em superfícies de cobre.