Nueva estrategia para reducir el dióxido de carbono a monóxido de carbono

27.10.2023

La interacción clásica fuerte metal-soporte (SMSI) describe que el óxido reducible migra a la superficie de las nanopartículas metálicas (NPs) para obtener una estructura de encapsulación metal@óxido durante el tratamiento térmico de H2 a alta temperatura, lo que resulta en una alta selectividad y estabilidad.

Sin embargo, la estructura de encapsulación inhibe la adsorción y disociación del reactivo molecular (por ejemplo, H2) sobre el metal, lo que conduce a una baja actividad, especialmente para la reacción de hidrogenación.

Recientemente, un grupo de investigación dirigido por el profesor LIU Yuefeng, del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de las Ciencias (CAS), ha propuesto una nueva estrategia de migración, en la que el TiO2 migra selectivamente a un segundo soporte de óxido en lugar de a la superficie de las nanopartículas metálicas en catalizadores Ru/(TiOx)MnO, potenciando la reducción deCO2 a CO mediante la reacción inversa de cambio agua-gas.

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Los investigadores consiguieron una migración controlada aprovechando la fuerte interacción entre el TiO2 y el MnO en los catalizadores Ru/(TiOx)MnO durante el tratamiento térmico con H2, y el TiO2 se redispersó espontáneamente en la superficie del MnO, evitando la formación de una cáscara de TiOx en las NPs de Ru para el catalizador ternario (Ru/TiOx/MnO).

Mientras tanto, se generan interfaces TiOx/MnO de alta densidad durante el proceso, que actúan como un canal de transporte de H altamente eficiente con baja barrera, y que dan lugar a un mayor desbordamiento de H para la migración de especies de H activadas desde el metal Ru al soporte para la consiguiente reacción.

El catalizador Ru/TiOx/MnO mostró una actividad catalítica 3,3 veces mayor para la reducción deCO2 a CO en comparación con el catalizador Ru/MnO. Además, la preparación del soporte Ti/Mn no fue sensible a la estructura cristalina ni al tamaño de grano de las NPs de TiO2. Incluso la mezcla mecánica de Ru/TiO2 y Ru/MnOx mejoró la actividad.

Además, comprobaron que el efecto sinérgico de TiO2 y MnO no alteraba el rendimiento catalítico intrínseco, y el transporte eficiente de H proporcionaba un gran número de sitios activos (grupos hidroxilo) para el proceso de reacción.

"Nuestro estudio proporciona referencias para el diseño de nuevos catalizadores de hidrogenación selectiva mediante la creación in situ de interfaces óxido-óxido que actúan como canales de transporte de especies de hidrógeno", afirmó el profesor LIU.

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