Sitio de cobre dispersado atómicamente en un marco metálico-orgánico para la reducción de dióxido de nitrógeno

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• Química del medio ambiente

Sus antecedentes:

• Las estructuras orgánicas metálicas (MOF) son plataformas prometedoras para catalizadores de un solo átomo.
• Caracterizar los sitios de metal dispersos atómicamente y sus funciones catalíticas sigue siendo un desafío.
• La reducción eficaz del dióxido de nitrógeno (NO2) es crucial para la protección del medio ambiente.

Objetivo del estudio:

• Investigar exhaustivamente la estructura y el papel catalítico de los sitios de cobre dispersos atómicamente en UiO-66 para la reducción de NO2.
• Desarrollar un catalizador monoatómico de alta eficiencia para la reducción del NO2 a temperatura ambiente.

Principales métodos:

• Fabricación de catalizadores de un solo átomo de cobre dentro de la estructura UiO-66 MOF.
• Técnicas avanzadas de caracterización que incluyen HAADF-STEM, EPR, INS, NPD y ssNMR para confirmar la dispersión atómica y la ubicación.
• Evaluación del rendimiento catalítico para la reducción de NO2 bajo activación plasmática no térmica.

Principales resultados:

• Se confirmó la dispersión atómica de los sitios de cobre en UiO-66.
• El catalizador Cu/UiO-66 logró una conversión del 97% de NO2 con una selectividad del 88% de N2 y una vida útil superior a 50 horas.
• Se logró una frecuencia de rotación sin precedentes de 6,1 h-1 a 25 °C.
• En los estudios in situ/operando se identificaron los principales adductos de Cu-NOx responsables de la activación del NO2.

Conclusiones:

• Los sitios de cobre dispersos atómicamente en UiO-66 son muy eficaces para la reducción de NO2.
• El estudio aclara el mecanismo que involucra a los aductos de Cu-NOx, promoviendo la formación de N2.
• Este trabajo proporciona un plan para el diseño de catalizadores avanzados de un solo átomo para la remediación ambiental.