Estudo computacional da relevância do substrato na cinética de reacções catalíticas heterogéneas

Abstract

É de conhecimento geral que os substratos a nível industrial não são completamente limpos, e que a natureza destes influencia significativamente a dinâmica das reacções catalíticas. Assim sendo, pretendeu-se, por um lado, estudar numa perspectiva mais fundamental, o efeito que impurezas inertes presentes nos substratos possam ter na cinética de reacções catalíticas heterogéneas, e por outro lado, o efeito de um substrato específico na dinâmica do sistema.

Numa primeira abordagem, consideraram-se as taxas de adsorção de reagentes muito superiores `as da mobilidade destes na superfície do catalisador. Neste contexto, tomou-se como caso de estudo, o limite de reagentes imóveis no substrato catalítico. Nestas condições, estudaram-se, num modelo teórico, as correlações temporais e espaciais características destes sistemas, utilizando para isso novos métodos de medição de correlações.

Numa segunda abordagem, incluiu-se, nos modelos simulacionais, a mobilidade dos reagentes. Aplicaram-se, nestes mesmos modelos, as características específicas de um substrato de paládio. Deste modo, foram estudadas as oscilações existentes para várias condições de pressão e temperatura dos reagentes na fase gasosa.

Obtiveram-se resultados importantes, tanto ao nível do estudo das correlações temporais, como para a caracterização de transições de fase dinâmicas em sistemas fora do equilíbrio, construindo um método que pode ser aplicado para distinguir transições de fase de primeira de transições de fase de segunda ordem. Por outro lado, aplicando os mesmos métodos de Monte Carlo conseguiu-se caracterizar sistemas com valores de parâmetros mais próximos dos experimentalmente observados.

It’s of general knowledge that the substrates used in an industrial level are not completely clean, and their nature have a large influence in the dynamic of the catalytic reactions. Do to these facts, we aim to study, in one way, the effect that inert impurities present in the substrate have on the kinetics of heterogeneous catalytic reaction, and in another way, the effect of a specific substrate in the dynamic of the system.

In a first approach, we take in account that the reactant adsorption rates are greater than the diffusion ones. In this context, we take as a study case, the limit of immobile reactants in the surface. In these conditions, we study, more theoretically, the time and spatial correlations characteristic of these systems, using for that new methods of correlation measures.

In a second approach, we include the mobility of reactants on the computational models, applied to the specific characteristics of a palladium single crystal. In these conditions, we studied the oscillations present these systems, for different conditions of pressure and temperature of the gas phase reactants.

We obtain some important results for characterizing non-equilibrium dynamical phase transitions, constructing a method that can be applied to distinguish between first order and second order phase transitions. We were also able to apply the same computational methods to characterize more realistic heterogeneous catalytic systems, being able to reproduce experimental conditions.