Structural study of the MO–Nd2O3 system obtained by a sol–gel procedure

Abstract

The aim of the present work was to prepare a binary MO–Nd 2 O 3 system by the sol–gel method and to characterise a series of mixed oxides belonging to the binary MO–Nd 2 O 3 system (M = alkaline earth metal = Mg, Ca, Sr) to obtain suitable materials with catalytic properties. The molar ratio between the two oxides was MO/Nd 2 O 3 = 95/5. Different precursors as alkaline earth metal oxide source (MO), various starting solution compositions expressed in various molar ratios between reactants and different synthesis parameters (pH, temperature and time of reaction) have been used. The structural study by X-ray diffraction analysis was accomplished based on the X-ray 5.0 program, which has established the presence of the mixtures of crystalline polyphases. The lattice constants, the average size of the crystallites, the average lattice strains and the mass of unit cell variation have been calculated. The program also allowed the calculus of the anisotropy factor, which can give the image of the structural disorder. The surface defects are a consequence of structural changes inside of the crystalline lattice of the solid solutions and are quite important for catalytic properties. Some catalytic activity measurements have established the potential of the prepared sol–gel mixed oxides to be used in the oxidative dehydrogenation process of light alkanes (C 1 C 4 ). Sample 3SrNd was shown to present the best catalytic activity and selectivity in olefins in propane conversion ( C 2 = & C 3 = ) compared with 4Ca-Nd and 1Mg-Nd samples, which was interpreted as due to a better solid solution formation of Nd 3+ in SrO, favoured by the close ionic radius of Sr 2+ and Nd 3+ , as well as by the high basicity of Sr and the presence of a greater number of point defects. Le but de ce travail était de préparer par un procédé sol–gel et de caractériser une série d'oxydes mixtes appartenant au système binaire MO–Nd 2 O 3 (métal M = alcalino-terreux = Mg, Ca, Sr) afin d'obtenir des matériaux ayant des propriétés catalytiques. Le rapport molaire entre les deux oxydes est : MO/Nd 2 O 3 = 95/5. Différents précurseurs en tant que sources d'oxyde de métal alcalino-terreux (MO), diverses compositions de départ de la solution exprimées en différents rapports molaires entre les réactifs et différents paramètres de synthèse (pH, température, temps de réaction) ont été utilisés. L'étude de la structure par analyse par diffraction des rayons X a été réalisée sur la base du programme X-ray 5.0, qui a établi la présence des mélanges de polyphases cristallines. Les constantes de réseau, la taille moyenne des cristallites, les contraintes de traction moyennes et la masse de la maille unitaire ont été calculées. Le programme a également permis le calcul du facteur d'anisotropie, qui peut donner l'image du désordre structural. Les défauts de surface sont une conséquence des changements structurels à l'intérieur du réseau cristallin des solutions solides et sont très importants pour les propriétés catalytiques. Des mesures d'activité catalytique ont établi le potentiel d'oxydes mixtes préparés par la méthode sol–gel pour être utilisés dans le procédé de déshydrogénation oxydante (ODH) d'alcanes légers (C 1 C 4 ). On a montré que les échantillons 3SrNd présentent les meilleures activités et sélectivités en oléfines dans la conversion du propane ( C 2 = & C 3 = ) par comparaison avec les échantillons 4Ca–Nd et 1Mg–Nd. Cette propriété a été interprétée comme due à une meilleure formation de la solution solide de Nd 3+ dans SrO, favorisée par des rayons ioniques proches de ceux de Sr 2+ et Nd 3+ , une basicité plus forte et la présence d'un plus grand nombre de défauts ponctuels.