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Published on: December 6, 2021

Hidrogenación de CO a metanol en Ni{110) a través del hidrógeno subterráneo

Adam P Ashwell¹, Wei Lin¹, Michelle S Hofman

¹Department of Chemistry, Northwestern University , Evanston, Illinois 60208, United States.

Journal of the American Chemical Society

|November 10, 2017

Resumen

El hidrógeno subterráneo es clave para la producción de metanol a partir de la hidrogenación de CO en Ni{110}. Este estudio revela que las reacciones térmicas que involucran hidrógeno subterráneo son mecanismos primarios, superando los impactos directos de hidrógeno en fase gaseosa.

Área de la Ciencia:

Ciencias de la superficie
Catálisis
La cinética química

Sus antecedentes:

La hidrogenación del CO es crucial para producir productos químicos como el metanol.
La comprensión de los mecanismos de reacción en las superficies metálicas es vital para el diseño del catalizador.
El papel de las diferentes especies de hidrógeno (de superficie, subterráneo, en fase gaseosa) en la hidrogenación del CO requiere una mayor aclaración.

Objetivo del estudio:

Investigar los mecanismos de reacción de la hidrogenación del CO en una superficie de Ni{110}.
Determinar la influencia del hidrógeno atómico de la superficie, del subsuelo y de la fase gaseosa en la producción de metano y metanol.
Para confirmar experimentalmente las vías de reacción primarias y el papel del hidrógeno subterráneo.

Principales métodos:

Cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT) para caracterizar las energéticas de reacción y los intermedios.
Simulaciones de dinámica molecular de Born-Oppenheimer (BOMD) para estudiar las interacciones de hidrógeno en fase gaseosa.
Demostración experimental de la producción de metanol y formaldehído mediante hidrogenación de CO en Ni{110).

Principales resultados:

La producción de metanol se favorece mediante la hidrogenación secuencial de CO a H3CO*, seguida de una mayor hidrogenación.
El hidrógeno subterráneo reduce significativamente las barreras de reacción, lo que hace que el Ni110 sea más efectivo que las superficies de cobre estudiadas anteriormente.
Es poco probable que el impacto directo del hidrógeno en fase gaseosa en el CO adsorbido inicie la hidrogenación, descartando los mecanismos de Eley-Rideal o de átomo caliente.

Conclusiones:

Las reacciones térmicas que involucran hidrógeno subterráneo son la vía dominante para la síntesis de metanol en Ni{110}.
El hidrógeno subterráneo juega un papel crítico y activo en la alteración de la cinética y la energética de la reacción.
El estudio confirma experimentalmente la producción de metanol y formaldehído y la importancia del hidrógeno subterráneo en el mecanismo de hidrogenación del CO en el Ni{110).

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