Structural, promotion and metal-support interaction effects in Co/TiO2 catalysts for Fischer-Tropsch synthesis

Abstract

La presente tesis doctoral esta centrada en la investigacion de los parametros estructurales que determinan las propiedades cataliticas en la sintesis de Fischer-Tropsch (SFT) de catalizadores de cobalto soportados en TiO2. Por un lado, el estudio de la influencia del polimorfo de oxido de titanio (rutilo vs. anatasa) utilizado como soporte en catalizadores de Co promovidos con Ru ha permitido obtener correlaciones entre la estructura cristalina del soporte, la extension del efecto SMSI (interaccion fuerte metal-soporte) y los resultados cataliticos. Por otro lado, mediante la modificacion de las propiedades texturales del soporte TiO2-anatasa con el objetivo de obtener catalizadores con baja, media y alta area superficial se ha podido avanzar en el conocimiento del efecto SMSI y su correlacion con las propiedades texturales del soporte. Ademas, las consecuencias del aumento en area superficial del soporte en la actividad y selectividad de catalizadores CoRu/TiO2 para la SFT se han podido explicar en base a las relaciones establecidas entre estructura y efecto SMSI. Adicionalmente, el uso de tecnicas de luz sincrotron junto con caracterizacion espectroscopica in situ realizada a presiones superiores a la atmosferica, ha permitido explicar el papel de la adicion y concentracion de Ru como promotor en catalizadores CoRu/TiO2. Finalmente, se han estudiado tratamientos de reduccion-oxidacion-reduccion (ROR) en catalizadores CoRu/TiO2 con el objetivo de mejorar su actividad catalitica. Como conclusion general, los conocimientos derivados de los resultados obtenidos en esta tesis doctoral pueden aportar estrategias adecuadas para el diseno de catalizadores de FT mejorados basados en Co empleando TiO2 como soporte.; The present doctoral thesis focused on the investigation of the structural parameters that can determine the ultimate catalytic properties for Fischer-Tropsch synthesis (FTS) of TiO2-supported cobalt catalysts. On the one hand, the study of the influence of the titania polymorph (rutile vs. anatase) as support for Ru-promoted Co and Ru nanoparticles (NPs) has allowed to identify some correlations between the TiO2 crystalline phase, the SMSI (strong metal-support interaction) effect, and the catalytic performance for FTS of the catalysts. On the other hand, by preparing CoRu catalysts supported on TiO2-anatase with low, medium, and high surface area, further insights into the SMSI effect and its dependence on the textural properties of the TiO2-anatase support have been gained. Besides, the consequences of increasing the surface area of the support on the activity and selectivity of the catalysts for FTS have been explained based on the established structure-SMSI relationships. Moreover, a detailed study involving the use of in situ synchrotron-based spectroscopic characterizations at pressures higher than the ambient pressure usually applied in most previous works, has been carried out aiming at explaining the role of Ru addition and concentration as promoter in Co/TiO2 catalysts. Finally,…