Cobalt Catalyst Characterization for Methane Decomposition and Carbon Nanotube Growth

Varias técnicas, como fisissorção, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), difração de raios X (XRD), redução à temperatura programada (TPR) e quimissorção foram usadas para a caracterização de catalisadores de Co/gAl 2 O 3 para a produção de nanotubos de carbono por deposição de metano.Os catalisadores apresentaram três principais espécies de cobalto: CoAl 2 O 4 , CoO e Co 3 O 4 .As espécies de CoAl 2 O 4 estavam bem dispersas nos catalisadores e apresentaram elevada temperatura de redução, fazendo com que estas espécies sejam inativas para a produção de nanotubos.Para o catalisador 1%Co/Al 2 O 3 , a principal espécie encontrada foi o CoAl 2 O 4 .Contudo, com o aumento do teor de cobalto nos catalisadores, ocorreu um aumento na formação das espécies Co 3 O 4 em relação às espécies CoO e CoAl 2 O 4 .Os catalisadores 2 e 3%Co/Al 2 O 3 apresentaram aglomeração das partículas de cobalto após a etapa de redução e baixa seletividade para produção de nanotubos.Entretanto, o catalisador 4%Co/Al 2 O 3 não apresentou aglomeração, resultando em uma melhor seletividade para formação de nanotubos, 71%, principalmente do tipo nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNT).Several analytical techniques, such as N 2 physisorption, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR) and chemisorption were employed to characterize the structure of Co/gAl 2 O 3 catalysts used for the production of carbon nanotubes by methane vapor deposition.The catalysts were studied after the calcination step and presented three main cobalt species, CoAl 2 O 4 , CoO and Co 3 O 4 .The CoAl 2 O 4 species were well dispersed and were reduced only at high temperatures, rendering them inactive for the carbon nanotube production.In the case of the 1%Co/Al 2 O 3 catalyst, the main cobalt species found was CoAl 2 O 4 .However, increasing the cobalt content in the catalysts led to a higher formation of Co 3 O 4 as compared to CoO and CoAl 2 O 4 species.The 2 and 3%Co/Al 2 O 3 catalysts showed particle agglomeration during the pretreatment step that decreased selectivity towards nanotube production.The 4%Co/Al 2 O 3 catalyst did not show particle agglomeration and presented a higher selectivity to carbon nanotube production, 71%, mainly multi-walled carbon nanotubes (MWNT).