Evolución estructural y dinámica de un catalizador de CO2 para la hidrogenación al metanol: un estudio operando...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• La síntesis de metanol a partir de la hidrogenación de CO2 es crucial para la química sostenible.
• Comprender la evolución estructural del nanocatalizador en condiciones de reacción es clave para mejorar el rendimiento.
• El óxido de indio (In2O3) es un catalizador prometedor para la hidrogenación de CO2.

Objetivo del estudio:

• Investigar la evolución estructural operando de un modelo de catalizador nanocristalino In2O3 durante la hidrogenación con CO2.
• Identificar los distintos regímenes catalíticos y las transformaciones estructurales subyacentes.
• Correlacionar los cambios estructurales con el rendimiento del catalizador y los mecanismos de desactivación.

Principales métodos:

• Espectroscopia de absorción de rayos X operando (XAS), difracción de polvo de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de transmisión in situ (TEM).
• Análisis combinado XANES-EXAFS-XRD para hacer un seguimiento de los cambios estructurales a lo largo del tiempo en el flujo (TOS).
• TEM in situ en condiciones reactivas para visualizar las transformaciones estructurales dinámicas.

Principales resultados:

• Se identificaron tres regímenes catalíticos: activación, rendimiento estable y desactivación.
• La activación implica una disminución menor de la coordinación In-O y una reducción parcial de In2O3 que forma vacíos de oxígeno (In2O3-).
• La amorfización reductiva de las nanopartículas In2O3 se produce con la disminución de los números de coordinación y las intensidades máximas de Bragg, lo que lleva a la formación de In (In0) metálico y la desactivación del catalizador.
• In situ TEM muestra la coexistencia y la interconversión de las fases cristalina y amorfa.
• La regeneración a través de la reoxidación da como resultado cristalitos de In2O3 significativamente más grandes.

Conclusiones:

• La desactivación del catalizador está relacionada con la formación de indio metálico (In0) y la amorfización reductora.
• La evolución estructural dinámica de las nanopartículas In2O3 influye en la actividad catalítica y la estabilidad.
• La regeneración es posible, pero conduce a una pérdida de la nanoestructura inicial.