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PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
Bibliografia
1) R. Farrauto, S. Hwang, L. Shore, W. Ruettinger, J. Lampert, T. Giroux, Y. Liu, O. Ilinich, New Material Needs for Hydrocarbon Fuel Processing: Generating Hydrogen for PEM Fuel Cell in Annu. Rev. Mater. Res., 2003, 33, 1.
2) F. Joensen, J.R. Rostrup-Nielsen, Conversion of hydrocarbon and alcohols for fuel cells, J. Power Sources, 2002, 105, 195.
3) N.P. Brandon, S. Skinner, B.C.H. Steele, Recent Advances in Materials for Fuel Cells in Annu. Rev. Mater. Res., 2003, 33, 183.
4) J.N. Armor,"New catalytic technology commercialized in the U.S.A. during the 1990s", Appl. Catal. A:General, 2001, 22, 407.
5) D.J. Moon, K. Srekumar, S.D. Lee, B.G. Lee, H.S. Kim, "Studies on gasoline fuel processor system for fuel-cell powered vehicles application", Appl. Catal. A, 2001, 215, 1.
6) N. Takezawa, N. Iwasa,"Steam reforming and dehydrogenation of methanol: Difference in the catalytic functions of copper and group VIII metals", Catal. Today, 1997,36, 45.
7) Y. Liu, T. Hayakawa, K. Suzuki, S. Hamakawa, T. Tsunoda, T. Ishii, M. Kumagai,"Highly active copper/ceria catalysts for steam reforming of methanol" Appl. Catal. A,2002,223,137.
8) J. Agrell, M. Boutonnet, I. Meliàn-Cabrera, J.L.G. Fierro, "Production of hydrogen from methanol over binary Cu/ZnO catalysts. Part I. Catalyst preparation and characterisation", Appl. Catal. A:General, 2003, 253, 201-211.
9) S. Velu, K. Suzuki, M. Okazaki, M. P. Kapoor, T. Osaki, F. Ohashi, "Oxidative Steam Reforming of Methanol over CuZnAl(Zr)-Oxide Catalysts for the Selective Production of Hydrogen for Fuel Cells: Catalyst Characterization and Performance Evaluation", J. Catal. 2000, 194, 373
10) M.L. Cubeiro, J.L.G. Fierro,"Partial oxidation of methanol over supported palladium catalysts", Appl. Catal. A,1998, 168, 307.
11) S. Murcia-Mascarós, R.M. Navarro, L. Gómez-Sainero, U. Costantino, M. Nocchetti, J.L.G. Fierro, "Oxidative Methanol Reforming Reactions on CuZnAl Catalysts Derived from Hydrotalcite-like Precursors", J. Catal. 2001, 198, 338-347.
12) J. Agrell, H. Birgersson, M. Boutonnet, I. Melián-Cabrera, R.M. Navarro, J.L.G. Fierro, "Production of hydrogen from methanol over Cu/ZnO catalysts promoted by ZrO2 and Al2O3", J. Catal. (2003), 219, 389-403.
13) T.L. Reitz, S. Ahmed, M. Krumpelt, R. Kumar, H.H. Kung, "Characterization of CuO/ZnO under oxidizing conditions for the oxidative methanol reforming reaction", J. of Molecular Catalysis A: Chemical 2000, 162, 275-285.
14) S. Velu, K. Suzuki, M.P. Kapoor, F. Ohashi, T. Osaki,"Selective production of hydrogen for fuel cells via oxidative steam reforming of methanol over CuZnAl(Zr)-oxide catalysts", Appl. Catal. A: General, 2001, 213, 47.
15) M. Turco, G. Bagnasco, F. Marmottini, U. Costantino, T. Montanari,G.Ramis, G. Busca, "H2 Production by Oxidative Steam Reforming of Methanol on Hydrotalcite-derived Catalysts: Mechanism and Reaction Path", Chemical Engineering transactions, vol. IV, 2004 -- H2www Proceedings, AIDIC Servizi Srl, Milan, Italy.
16) M.M. Günter, T. Ressler, R.E. Jentoft, B. Bems, "Redox Behaviour of Copper Oxide/Zinc Oxide Catalysts in the Steam Reforming of Methanol Studied by in Situ X-Ray Diffraction and Absorption Spectroscopy", J. Catal. 2001, 203, 133-149.
17) F. Raimondi, K. Geissler, J. Wambach, A. Wokaun, "Hydrogen production by methanol reforming: post-reaction characterisation of a Cu/ZnO/Al2O3 catalyst by XPS and TPD", Applied Surface Science, 2002, 189, 59-71.
18) D.J. Moon, K. Srekumar, S.D. Lee, B.G. Lee, H.S. Kim, "Studies on gasoline fuel processor system for fuel-cell powered vehicles application", Appl. Catal. A:General, 2001, 215, 1.
19) X. Liu, O. Korotkikh, R. Farrauto, "Selective catalytic oxidation of CO in H2: structural study of Fe oxide-promoted Pt/alumina catalysts", Appl. Catal. A:General, 2002, 226, 293-303.
20) C. Bracchini, V.Indovina, S. De Rossi, L. Giorgi, "Anodic catalysts for polymer electrolyte fuel cells: the catalytic activity of Pt/C, Ru/C and Pt-Ru/C in oxidation of CO by O2", Catal. Today 2000, 55, 45-49.
21) M. Watanabe, H. Uchida, K. Ohkubo, H. Igarashi, "Hydrogen purification for fuel cells: selective oxidation of carbon monoxide on Pt-Fe/zeolite catalysts", Appl. Catal. B: Environmental 2003, 46, 595-600.
22) T.V. Choudhary, C. Sivadinarayana, C.C. Chusuei, A.K. Datye, J.P. Fackler, Jr., D.W. Goodman, "CO oxidation on supported nano-Au catalysts synthesized from a [Au6(PPh3)6](BF4)2 complex", J. Catal. 2002, 207, 247-255.
23) H.S. Oh, J.H. Yang, C.K. Costello, Y.M. Wang, S.R. Bare, H.H. Kung, M.C. Kung, "Selective catalytic oxidation of CO: effect of chloride on supported Au catalysts", J. Catal. 2002, 210, 375-386.
24) G. Avgouropoulos, T. Ioannides, "Selective CO oxidation over CuO-CeO2 catalysts prepared via the urea-nitrate combustion method", Appl. Catal. A: General 244 (2003), 155-167.
25) R. Allmann, Doppelschichtstrukturen mit brucitahnlichen Schichtionen [Me(II)1-xMe(III)2]x+,Chimia, 1970, 24, 99
26) U. Costantino, F. Marmottini, M. Nocchetti, R. Vivani, New Synthetic Routes to Hydrotalcite-like Compounds - Characterisation and Properties of the Obtained Materials, Eur. J. Inorg. Chem. 1998, 1439.
27) Layered Double Hydroxides: Present and Future, V. Rives Ed., Nova Science Publishers, Inc., New York, 2001.
28) G. Alberti, M. Casciola, U. Costantino, R. Vivani, Layered and pillared metal (IV) phosphates and phosphonates, Adv. Mater., 1996, 8, 291-303.
29) G. Alberti, U. Costantino, Intercalates of zirconium phosphates and phosphonates, in Inclusion Compounds V (J. L. Atwood , J. E. D. Davies, Eds)., Oxford University Press, 1991, pp136-176.
30) A. Clearfield, In Progress in Inorganic Chemistry; Karlin, K. D., Ed.; John Wiley & Sons: New York, 1998; Vol. 47, p 374.
31) G. Alberti, U. Costantino, G. Marletta, O. Puglisi, S. Pignataro, X-ray-induced copper(II) reduction in a- and g-zirconium phosphates intercalated with copper ions, Chem. Phys. Lett., 1982, 89, 333.
32) A. Clearfield, S. Cheng ,Metal dispersions on zirconium phosphates. Part 2. Hydrogen reduction of silver(I)-exchanged a-zirconium phosphate, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 1984, 80, 1579.
33) G. Alberti, M. Casciola, U. Costantino, Inorganic ion-exchange pellicles obtained by delamination of a-zirconium phosphate crystals, J. Colloid Interface Sci., 1985, 107, 256.
34) G. Alberti, M. Casciola, U. Costantino, A. Peraio, T. Rega, Proton-conducting solid dispersions of silica and zirconium phosphate pyrophosphate, J. Mater. Chem., 1995, 5, 1809.
35) G. Alberti, R.Vivani, F. Marmottini, P.Zappelli, Angew. Chem.,Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1357.
36) Jimenez-Lopez, A.; Rodriguez-Castellon, E.; Santamaria-Gonzalez, J.; Braos-Garcia, P.; Felici, E.; Marmottini, F. Langmuir 2000, 16, 3317.
37) G. Bagnasco, P. Ciambelli, A. Frezza, P. Galli, A. La Ginestra, M. Turco, Layered zirconium-tin phosphates I. Chemical and physical characterisation, Appl. Catal. 1991,68,69.
38) U. Costantino, M. Curini, O. Rosati,Heterogeneous catalysis in liquid phase organic synthesis promoted by layered zirconium phosphates and phosphonates, Current Organic Chemistry, 2004, 4.
39) G. Alberti, S. Cavalaglio, F. Marmottini, K. Matusek, J. Megyeri, L. Szirtes, Preparation of a composite g-zirconium phosphate- silica with large specific surface and its first characterisation as acid catalyst, Appl. Catal. A: General, 2001, 218, 219.
40) G. Pacheco, E. Zhao, A. Garcia, A. Sklyarov, J.J. Fripiat,"Synthesis of mesoporous zirconia with anionic surfactants", J. Mater. Chem., 1998, 8, 219.
41) A. Grassi, G.M. Lombardo, G.C. Pappalardo, Derivation of MM2 force-field parameters for polychlorophosphazenes (NPCl2)n from ab initio data, THEOCHEM, 1994, 117, 101.
42) G. Alberti, G.M. Lombardo, G.C. Pappalardo, R. Vivani, Modeling and Analysis of the X-ray Powder Diffraction Structure of g-Zirconium Phosphates Pillared with Butyl Chains through Molecular Dynamics Simulations, Chem. Mater., 2002, 14, 295-303.
Parole Chiave
PRODUZIONE IDROGENO; REFORMING METANOLO; OSSIDAZIONE PREFERENZIALE CO; IDROTALCITI SINTETICHE; FOSFATI LAMELLARI; OSSIDI MESOSTRUTTURATI; CATALIZZATORI ETEROGENEI; TECNICHE SPETTROSCOPICHE; MODELLIZZAZIONE

Materiali nanostrutturati a base di idrotalciti sintetiche, fosfati e ossidi porosi e loro impiego nella conversione catalitica del metanolo in miscele ricche di idrogeno e a basso tenore di ossido di carbonio.

Università degli Studi di Perugia
Abstract
Il progetto riguarda lo studio di materiali nanostrutturati a base di idrotalciti, fosfati lamellari ed ossidi metallici porosi come catalizzatori per il reforming ossidativo (OSRM) del metanolo, per produrre miscele ricche in H2 e a basso tenore di CO da utilizzare per l' alimentazione di celle a combustibile con membrane a scambio protonico (PEMFC). La ricerca svolta negli ultimi anni ha portato alla formulazione di catalizzatori di potenziale applicazione per le loro prestazioni di elevata resa a idrogeno ed elevata potenza specifica. Tuttavia la formazione di CO, benchè ridotta, rappresenta ancora il problema centrale in vista di una reale applicazione perchè tale composto anche in tracce avvelena i catalizzatori a base di Pt delle PEMFC. La presente ricerca si propone di eliminare o ridurre questo problema per mezzo di catalizzatori innovativi di elevata selettività, che o consentano una riduzione della temperatura di reazione o favoriscano l'ossidazione selettiva di CO, attraverso un'azione polifunzionale. Il progetto prevede la collaborazione tra cinque unità operative, alcune delle quali prevalentemente impegnate nella preparazione dei catalizzatori, altre nella caratterizzazione chimica e fisica dei precursori e dei catalizzatori, altre nella modellazione dei catalizzatori con tecniche teorico-sperimentali integrate, altre nella gestione dei reattori catalitici e nello studio dei parametri di reazione.
L'insieme coordinato di queste attività deve condurre a >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Umberto COSTANTINO Università degli Studi di PERUGIA
Obiettivo del Programma di Ricerca
Il presente progetto riguarda la sintesi, la caratterizzazione, la modellazione e l'impiego di catalizzatori nanostrutturati per la produzione di idrogeno mediante conversione autotermica di metanolo. Il reattore catalitico, alimentato da miscele di metanolo, ossigeno (aria) ed acqua, dovrà fornire correnti gassose ad alta concentrazione di idrogeno ed essenzialmente prive di ossido di carbonio, adatte all'alimentazione di celle a combustibile H2/O2 a membrana polimerica per autotrazione. I risultati della letteratura scientifica internazionale, nella quale si inserisce anche l'attività del gruppo proponente, consentono oggi di disporre di sistemi catalitici di potenziale applicazione per le elevate rese a idrogeno e potenze specifiche che possono essere ottenute dal sistema di reforming. Tuttavia la produzione di CO che si accompagna alle reazioni OSRM, benchè ridotta, rappresenta ancora un limite per la tecnolgia delle PEMFC, perché rende necessario un ulteriore stadio catalitico per l'abbattimento di CO mediante ossidazione preferenziale (PROX). E' quindi obiettivo del progetto preparare sistemi catalitici dotati di elevata selettività ed attività: questi dovrebbero consentire la completa conversione del metanolo ad idrogeno con produzione di CO sufficientemente bassa da permettere l'alimentazione delle correnti di reforming direttamente alla PEMFC senza ulteriori stadi di purificazione. Questo obiettivo può essere raggiunto attraverso la preparazione di catalizzatori >>>

Risultati parziali attesi
Al termine della prima fase della durata di un anno saranno stati preparati campioni corrispondenti alle tipologie descritte al punto 1) del progetto. Questi materiali avranno subìto un trattamento termico e di riduzione ed i catalizzatori ottenuti avranno subito il vaglio preliminare di attività catalitica. Si prevede di disporre di una decina di catalizzatori per il processo OSRM più selettivi per l'idrogeno di quelli riportati in letteratura e che offrano indicazione sulla presenza di siti attivi per il processo PROX. Questi catalizzatori saranno stati caratterizzati anche con tecniche spettroscopiche avanzate e per le loro prestazioni catalitiche. Sarà inoltre disponibile un modello teorico per l'analisi strutturale ed elettronica delle superfici dei sistemi del tipo idrotalcite e uno studio della struttura elettronica del metanolo libero e assorbito. I risultati più significativi saranno oggetto di comunicazioni a convegni e pubblicazioni scientifiche.Alla fine di questa seconda fase del progetto si prevede di aver selezionato un ristretto numero di catalizzatori (3 - 5) con caratteristiche di composizione e tessitura ottimizzate rispetto ai materiali ottenuti nella fase precedente. Di questi composti sarà nota la struttura di bulk e quella superficiale. Inoltre, saranno note le condizioni di impiego che corrispondono alle prestazioni ottimali di questi catalizzatori. I risultati più significativi saranno oggetto di comunicazioni a convegni e pubblicazioni >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
L'idrogeno è considerato il combustibile di elezione in un futuro non troppo lontano perché in grado di fornire energia con ridotta o assente emissione di gas inquinanti o con effetto serra. L'idrogeno è tra gli elementi più abbondanti a nostra disposizione ma sono richiesti procedimenti e tecnologie pulite ed economiche per ottenerlo allo stato molecolare a partire dall'acqua o da idrocarburi quali il metano o da alcanoli quali metanolo o etanolo. L'elettrolisi dell'acqua richiede grande disponibilità di energia da fonti rinnovabili, condizione ancora lontana dal realizzarsi. In questo periodo di transizione si studiano processi alternativi per estrarre idrogeno da idrocarburi e da alcanoli, possibilmente ottenuti da biomasse, mediante reazioni di conversione catalitica [1]. Se il reattore catalitico è posto a monte di una cella a combustibile si realizza la trasformazione indiretta dell'energia chimica del combustibile in energia elettrica. Questa possibilità è particolarmente interessante se applicata a celle a combustibile con elettrolita polimerico perflorurato solfonato tipo Nafion (PEMFC) che operano a relativamente bassa temperatura (70-80°C) per la generazione di corrente in impianti per autotrazione. Infatti, le più grandi case automobilistiche sono fortemente impegnate nella realizzazione di auto elettriche il cui motore è alimentato da PEMFC che a loro volta sono alimentate da un reattore catalitico che converta a 200-300°C combustibili quali benzine o metanolo >>>