Envenenamiento del agua H2 Activación en la interfaz Au-TiO2 mediante la desaceleración de la transferencia de...

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Química de las superficies
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Comprender la dinámica del sitio activo es crucial para mejorar las propiedades catalíticas.
• La oxidación de hidrógeno sobre catalizadores de oro soportados es una reacción importante con mecanismos complejos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la cobertura de agua en la cinética de la oxidación del hidrógeno sobre los catalizadores Au/TiO2.
• Para aclarar el mecanismo de envenenamiento del agua y su influencia en las energías de activación aparente.

Principales métodos:

• Estudios Arrhenius para determinar las energías de activación aparentes (E_app) bajo diferentes presiones del agua de alimentación.
• Experimentos de cobertura de agua constante para identificar regímenes cinéticos distintos.
• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar la termodinámica y los mecanismos de reacción.
• Espectroscopia infrarroja in situ para observar la reestructuración de la superficie.

Principales resultados:

• Se identificaron dos regímenes cinéticos para la activación heterolítica de H2: activación directa en las interfaces de soporte metálico (E_app ~ 25 kJ/mol) y activación mediada por agua (E_app ~ 45 kJ/mol).
• La cobertura de agua altera significativamente el número de sitios de interfaz de soporte metálico activo, afectando la cinética observada.
• Los cálculos de DFT indicaron efectos termodinámicos menores del agua, pero revelaron una reestructuración significativa del soporte de TiO2 durante la adsorción de H2.
• Una monocapa de agua aumentó la barrera de activación de la disociación H2 en ~ 0,2 eV, consistente con los hallazgos experimentales.

Conclusiones:

• El agua actúa como un veneno al ralentizar la transferencia de protones en un mecanismo parecido a la transferencia de electrones acoplados a protones, aumentando la energía del estado de transición.
• La reestructuración dinámica del soporte de TiO2 y la variación de la densidad del sitio de la interfaz de soporte metálico son factores clave en las complejidades cinéticas observadas.