Mecanismo de oxidación de CO en las nanopartículas Au soportadas por CeO(2)

Área de la Ciencia:

• Química computacional es la química computacional.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ciencias de la superficie Ciencias de la superficie.
• La catálisis es la catálisis.

Sus antecedentes:

• El dióxido de cerio (CeO2) es un material de soporte crucial en la catálisis heterogénea, conocido por su capacidad de almacenamiento de oxígeno.
• Las nanopartículas de oro (Au NPs) exhiben propiedades catalíticas únicas, particularmente para las reacciones de oxidación.
• Las vacantes superficiales de oxígeno en el CeO2 se observan experimentalmente e influyen en su reactividad.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de las vacantes de oxígeno en la actividad catalítica de Au NPs apoyados en CeO2 para la oxidación de CO.
• Para dilucidar los mecanismos de reacción involucrados en la oxidación del CO tanto en superficies estequiométricas como en superficies ricas en vacíos de oxígeno CeO2.
• Proporcionar ideas para el diseño de catalizadores Au mejorados con soporte.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar y analizar los procesos catalíticos.
• Comparación de las vías de oxidación de CO para una nanopartícula Au(13) en CeO2 estequiométrico (Au(13) @ CeO2-STO) versus CeO2 con tres vacantes de oxígeno (Au(13) @ CeO2-3VAC).
• Análisis de tres mecanismos de oxidación de CO propuestos: O2 co-absorbido, oxígeno en celosía y O2 unido a un sitio de anclaje Au-Ce3+.

Principales resultados:

• Las vacantes de oxígeno en la superficie de CeO2 crean una nueva vía de oxidación de CO2 que involucra a O2 unido a un sitio de anclaje Au-Ce3+.
• La presencia de vacantes altera significativamente el mecanismo de reacción y mejora la actividad catalítica.
• Los cálculos de DFT revelan la favorabilidad energética de las trayectorias asistidas por vacantes.

Conclusiones:

• Las vacantes de oxígeno juegan un papel crítico en la mejora de la actividad catalítica de la oxidación de CO de las Au NP apoyadas por CeO2.
• Una estrategia de diseño implica reducir la energía de formación de vacantes del soporte y usar óxidos reducibles para crear sitios de anclaje para O2.
• Este estudio ofrece una vía para desarrollar catalizadores de oro soportados más eficientes para la oxidación de CO.