Efeitos do Tamanho das Partículas de Cobalto na Reação Fischer−Tropsch Estudados com Catalisadores Suportados em Nanofibras de Carbono

A influência do tamanho das partículas de cobalto na faixa de 2,6-27 nm sobre o desempenho na síntese de Fischer-Tropsch foi investigada pela primeira vez usando catalisadores bem definidos baseados em um material suporte de nanofibras de carbono inerte. A espectroscopia de absorção de raios X revelou que o cobalto era metálico, mesmo para tamanhos de partículas pequenos, após o tratamento de redução in situ, que é um pré-requisito para a operação catalítica e é difícil de alcançar usando suportes oxidantes tradicionais. A frequência de giro (TOF) para a hidrogenação de CO foi independente do tamanho das partículas de cobalto para catalisadores com tamanhos superiores a 6 nm (1 bar) ou 8 nm (35 bar), enquanto tanto a seletividade quanto a atividade mudaram para catalisadores com partículas menores. A 35 bar, o TOF diminuiu de 23 x 10(-3) para 1,4 x 10(-3) s(-1), enquanto a seletividade de C5+ diminuiu de 85 para 51 % em peso quando o tamanho das partículas de cobalto foi reduzido de 16 para 2,6 nm. Isso demonstra que o tamanho mínimo de partículas de cobalto necessário para a catálise de Fischer-Tropsch é maior (6-8 nm) do que pode ser explicado pela sensibilidade clássica à estrutura. Outras explicações levantadas na literatura, como a formação de espécies de CoO ou carbeto de Co em partículas pequenas durante testes catalíticos, não foram substanciadas por evidências experimentais da espectroscopia de absorção de raios X. Curiosamente, encontramos com EXAFS uma diminuição do número de coordenação do cobalto sob condições de reação, o que indica a reestruturação das partículas de cobalto. Argumenta-se que os efeitos do tamanho das partículas de cobalto podem ser atribuídos à sensibilidade à estrutura não clássica em combinação com a reestruturação da superfície induzida pelo CO. As profundas influências do tamanho das partículas podem ser importantes para o design de novos catalisadores de Fischer-Tropsch.