Descifrando el catalizador de Phillips mediante análisis orbital y aprendizaje automático supervisado desde XANES de...

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Ciencias de los materiales
• Espectroscopia
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La caracterización de sitios superficiales en catalizadores heterogéneos, especialmente el catalizador Phillips (CrO3 / SiO2), sigue siendo un desafío significativo después de décadas de investigación.
• Los métodos existentes para el análisis de la estructura de absorción de rayos X cerca del borde Cr K (XANES) utilizan materiales de referencia que no representan con precisión los sitios de superficie reales.

Objetivo del estudio:

• Crear una biblioteca completa de espectros XANES de borde CrK para complejos moleculares de cromo a medida.
• Establecer descriptores precisos para predecir los estados de oxidación del cromo, los entornos de coordinación y los tipos de ligando.
• Aplicar estos descriptores para determinar la distribución del sitio en el catalizador de Phillips durante las diferentes etapas del proceso.

Principales métodos:

• Sintetizó y caracterizó una serie de complejos moleculares de Cr con diferentes estados de oxidación, coordinación y fortalezas de ligando.
• Se recogieron espectros XANES experimentales de borde CrK y se analizaron las características previas al borde para comprender las transiciones electrónicas.
• Generó espectros teóricos de XANES para sitios activos potenciales y entrenó un algoritmo de aprendizaje automático de Extra Trees.

Principales resultados:

• El análisis cuantitativo de las características pre-edge de XANES reveló información sobre las interacciones de intercambio electrónico.
• El modelo de aprendizaje automático predijo con éxito los estados de oxidación de Cr, las distancias interatómicas y los tipos de ligando utilizando descriptores espectrales.
• El análisis del catalizador de Phillips mostró una transición del cromo VI en estado calcinado al cromo II y al cromo III después de la exposición al CO, y al cromo III con cromo VI residual después de la exposición al etileno.

Conclusiones:

• Un nuevo enfoque que combina espectros XANES experimentales y teóricos con aprendizaje automático permite una caracterización precisa de los sitios de la superficie del catalizador.
• El estudio proporciona una comprensión detallada de la especiación del cromo y la distribución del sitio en el catalizador de Phillips en diferentes condiciones.