La quimiosorbción y disociación de CO en coberturas altas durante la hidrogenación de CO en catalizadores Ru

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Comprender la adsorción y activación del monóxido de carbono (CO) es crucial para optimizar la síntesis de Fischer-Tropsch (FTS).
• Estudios anteriores propusieron sitios de baja coordinación para la disociación de CO, pero la evidencia experimental y teórica sigue siendo objeto de debate.

Objetivo del estudio:

• Investigar la estructura, la termodinámica y la activación del CO (CO*) químicamente absorbido en superficies y grupos de rutenio durante el FTS.
• Aclarar las vías dominantes de activación del CO y su dependencia de la estructura del catalizador y las condiciones de reacción.

Principales métodos:

• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar las barreras de adsorción y reacción de CO.
• Espectroscopia infrarroja para caracterizar las estructuras y la movilidad de las capas adicionales de CO.
• Ecuaciones de velocidad basadas en el mecanismo para analizar la cinética de FTS y las energías de activación.

Principales resultados:

• La unión de CO se debilita con el aumento de la cobertura, con interacciones repulsivas más débiles en cúmulos curvos de Ru201.
• Los cúmulos de Ru201 estabilizan las cubiertas de la supramonocapa a través de dicarbonilos geminales.
• Los espectros infrarrojos muestran capas adicionales móviles de CO en Ru/SiO2 que forman estructuras más densas a la saturación.
• DFT predice la disociación de CO asistida por H en (111) terrazas como la vía dominante, con mayores barreras para la disociación no asistida.
• Las vías asistidas por H son consistentes con la presión observada, el tamaño del racimo y los efectos de selectividad.

Conclusiones:

• La disociación de CO asistida por H, no la disociación no asistida en sitios especiales, rige el FTS en los catalizadores Ru, Co y Fe.
• El DFT es eficaz para modelar la catálisis en superficies complejas y curvas.
• Los hallazgos desafían las suposiciones anteriores sobre los sitios activos para la disociación de CO en FTS.