Reactividad específica del metal en catalizadores monoatómicos: oxidación de CO en metales de transición 4d y 5d...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de un solo átomo (SAC) son cruciales para el diseño racional del catalizador.
• Se necesitan estudios sistemáticos de los SAC para comprender las relaciones estructura-actividad.
• Los metales de transición dispersos en soportes de óxido son componentes clave de muchos catalizadores.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar una serie de catalizadores monoatómicos (SAC) con varios metales de transición 4d y 5d en un portador de MgO.
• Investigar la influencia de la identidad del metal en el rendimiento catalítico de la oxidación del CO.
• Elucidar las propiedades estructurales y electrónicas de los SAC en condiciones de reacción.

Principales métodos:

• Síntesis de SAC utilizando metales de transición 4d (Ru, Rh, Pd) y 5d (Ir, Pt) en MgO.
• Caracterización experimental mediante espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y espectroscopia infrarroja con transformación de Fourier (FTIR).
• Cálculos teóricos basados en la teoría de la función de densidad (DFT).

Principales resultados:

• Los metales de transición ocupan preferentemente sitios de coordinación octaédrica en MgO bajo los bordes de los escalones.
• La exposición al CO conduce a la desconexión parcial de los centros metálicos y a la formación de especies de carbonato superficiales.
• Los cálculos de DFT confirman una protuberancia dependiente del metal, pero un estado de reposo de carbonato M4+ equivalente.
• Las energías de activación aparentes para la oxidación por CO oscilan entre 96 ± 19 kJ/mol, siendo Pt la barrera más baja.

Conclusiones:

• La coordinación y el confinamiento de los átomos metálicos en soportes de óxido influyen significativamente en su comportamiento catalítico.
• Si bien la selección de metales afecta la reactividad de oxidación de CO, el ajuste de la química de la superficie del óxido es igualmente importante para el rendimiento de SAC.
• La comprensión de estos factores permite el diseño racional de catalizadores de un solo átomo altamente eficientes.