Oxidación de CO en Au/TiO2: sitios activos dependientes de las condiciones y vías mecánicas

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Ciencias de la superficie
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La oxidación de CO sobre nanocatalizadores de oro (Au) apoyados en dióxido de titanio (TiO2) es una reacción crítica en la catálisis ambiental.
• La comprensión del mecanismo de reacción es esencial para el diseño de catalizadores eficientes.

Objetivo del estudio:

• Elucidar el mecanismo de oxidación del CO en los nanocatalizadores Au soportados por TiO2 utilizando métodos computacionales avanzados.
• Investigar la influencia de la temperatura y la presión parcial de oxígeno en la actividad catalítica y los sitios activos.

Principales métodos:

• Cálculos de la estructura electrónica desde el principio
• Simulaciones de dinámica molecular desde el principio (AIMD)
• Modelado microkinético dependiente de la cobertura basado en la teoría funcional de la densidad (DFT) energética

Principales resultados:

• La vía cinética dominante, las especies activas de oxígeno y los sitios catalíticos dependen fuertemente de la temperatura y la presión parcial de oxígeno.
• En T < 400 K, prevalece un mecanismo dinámico de un solo átomo que involucra la migración de Au-CO y la vía Mars-van-Krevelen.
• A 300 ≤ T ≤ 600 K, se produce una catálisis sinérgica entre los sitios individuales de Oad-Au(+) -CO y los sitios del perímetro de las nanopartículas Au.
• Por encima de 600 K, se activan múltiples vías que involucran sitios de un solo átomo y perímetro.
• Las bajas presiones de oxígeno pueden conducir a la desactivación del catalizador a través de las especies Oad-Au ((+) -CO, favoreciendo las vías del sitio perimetral.

Conclusiones:

• El estudio resuelve las inconsistencias en las interpretaciones mecanicistas anteriores al proporcionar un modelo integral.
• El rendimiento y el mecanismo del catalizador son altamente sintonizables mediante el control de las condiciones de reacción (temperatura y presión).
• Los hallazgos ofrecen información crucial para el diseño racional de catalizadores de Au/TiO2 para la oxidación de CO.