Concepto de catalizadores de metales nobles de eficacia mejorada
Un nuevo enfoque para la producción de catalizadores duraderos que ahorran recursos se beneficia de las interacciones variables entre metales nobles y distintos materiales portadores
Los catalizadores de metales nobles se utilizan en muchos procesos de la industria química. La reducción de la cantidad de metal noble necesaria para su producción es una contribución importante al uso sostenible de los recursos. "Nuestro enfoque mejorará significativamente la estabilidad del catalizador y garantizará la formación de grupos activos de metales nobles incluso con una cantidad muy baja de metal noble", afirma la Dra. Daria Gashnikova del Instituto de Tecnología Química y Química de Polímeros (ITCP) del KIT, autora principal del estudio. Para obtener el mejor rendimiento catalítico posible utilizando la menor cantidad posible de metales nobles, los investigadores del ITCP investigaron átomo por átomo catalizadores soportados de uso frecuente. En estos catalizadores soportados, el material donde tiene lugar la reacción está finamente distribuido en el soporte en forma de pequeñas nanopartículas. Estos cúmulos son dinámicos y cambian su estructura en función de las condiciones de reacción. Pueden combinarse entre sí y crecer hasta convertirse en partículas más grandes, de modo que haya menos átomos superficiales disponibles para la reacción. Sin embargo, también pueden descomponerse en átomos individuales que son ineficaces por sí solos. Ambos fenómenos reducen el rendimiento catalítico. El novedoso concepto desarrollado por los investigadores del ITCP resuelve este problema aprovechando las distintas interacciones de los metales nobles con diferentes materiales de soporte.
Las partículas de paladio de tamaño nanométrico sobre "islas" de ceria hacen que los catalizadores de metales nobles sean estables y eficientes.
Foto: ITCP, KIT
Material de soporte de nuevo diseño: los átomos de metales nobles se reúnen para formar "islas" de cerio
"Los metales nobles, como el paladio, tienden a unirse intensamente con la ceria, pero apenas interactúan con el óxido de aluminio", explica Gashnikova. "Por eso aplicamos paladio a diminutas 'nanoislas' de ceria que, a su vez, se distribuyeron finamente sobre óxido de aluminio", señala la científica. La optimización del material de soporte garantiza que los átomos del metal noble formen preferentemente sitios en las islas de ceria. La distancia entre las islas, por un lado, y la movilidad limitada del paladio unido a la ceria, por otro, impiden tanto la formación de grupos excesivamente grandes como la descomposición del paladio en átomos individuales. El tamaño de las agrupaciones de metales nobles viene definido por el número de átomos de metal noble presentes en cada una de las islas de ceria. "Nuestro sueño es caminar por la delgada línea durante toda la vida útil del catalizador y, si es posible, estabilizar pequeñas partículas formadas por sólo entre diez y cincuenta átomos", afirma el profesor Jan-Dierk Grunwaldt, miembro del equipo directivo del ITCP y portavoz del Centro de Investigación en Colaboración (CRC) 1441, "TrackAct".
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