Inhibición en sitios perimetrales del catalizador de oxidación Au/TiO2 por el oxígeno reactivo

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La catálisis es la catálisis.
• Química de las superficies.

Sus antecedentes:

• El oro a granel es catalíticamente inactivo para las reacciones de oxidación.
• Las nanopartículas de oro soportadas sobre dióxido de titanio (TiO2) exhiben una actividad catalítica inesperada.
• La actividad catalítica se limita al perímetro de las nanopartículas de oro donde interactúan con el soporte de TiO2.

Objetivo del estudio:

• Investigar el origen de la actividad catalítica en las nanopartículas de oro soportadas por TiO2.
• Para entender el mecanismo de la oxidación del CO en estos nanomateriales.
• Para explorar el fenómeno de la autoinhibición de una especie reactiva en la catálisis.

Principales métodos:

• Estudios experimentales de las velocidades de reacción de oxidación de CO a bajas temperaturas (120 K).
• Preoxidación de nanopartículas de oro para inducir cambios en la superficie.
• Cálculos teóricos para modelar la estructura electrónica y las vías de reacción.
• Análisis de sitios de doble catalizador que involucran oro y TiO2.

Principales resultados:

• Las nanopartículas de oro soportadas por TiO2 demuestran una actividad catalítica significativa para las reacciones de oxidación.
• La tasa de oxidación de CO disminuyó en un factor de 22 tras la preoxidación de las nanopartículas de oro a 120 K.
• La preoxidación conduce a una carga positiva inducida por el oxígeno en los átomos de oro perimetrales.
• Los cálculos teóricos confirman el aumento de la energía de activación para la oxidación de CO en sitios dual-catalíticos debido a la carga positiva.

Conclusiones:

• La actividad catalítica de las nanopartículas de oro soportadas por TiO2 se localiza en la interfaz (perímetro) entre el oro y TiO2.
• Los sitios catalíticos duales que involucran oro y Ti ((4+) activan eficientemente las moléculas de oxígeno.
• La preoxidación de las nanopartículas de oro conduce a la autoinhibición de la oxidación de CO mediante la creación de átomos de oro cargados positivamente, aumentando la energía de activación.