El estado del zinc en la síntesis de metanol sobre un catalizador modelo Zn/ZnO/Cu

Área de la Ciencia:

• Catálisis
• Ciencias de la superficie
• Química de los materiales

Sus antecedentes:

• El estado químico preciso del zinc (Zn) en los catalizadores de zinc-cobre (Zn-Cu) durante la hidrogenación de dióxido de carbono / monóxido de carbono (CO2/CO) sigue siendo objeto de debate.
• Las fases activas potenciales incluyen nanopartículas de óxido de zinc (ZnO), Zn metálico o una aleación de superficie Zn-Cu.

Objetivo del estudio:

• Para elucidar el estado químico activo del Zn en los catalizadores Zn/ZnO/Cu211 bajo condiciones de hidrogenación CO2/CO.
• Comprender el papel de los diferentes reactivos (CO2 frente a CO) en la determinación de la fase activa del catalizador.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) a presiones que oscilaban entre 180 y 500 milibares.
• Se emplean ángulos de incidencia de pastoreo variables para lograr sondas sensibles a la superficie o al volumen.
• Se ha investigado el sistema Zn/ZnO/Cu211 a temperaturas lo suficientemente altas para una rápida rotación de la reacción y superficies casi libres de adsorbados.

Principales resultados:

• La hidrogenación de CO2 incluye preferentemente ZnO en forma de racimos o nanopartículas.
• La hidrogenación de CO puro conduce a la formación prominente de una aleación de superficie Zn-Cu.
• El monóxido de carbono juega un papel crucial en la formación de la fase activa de aleación de superficie Zn-Cu.

Conclusiones:

• La fase activa del catalizador Zn-Cu es dependiente del reactivo.
• Las nanopartículas de ZnO son las preferidas para la hidrogenación de CO2, mientras que una aleación de superficie de Zn-Cu es la preferida para la hidrogenación de CO.
• La aleación de superficie Zn-Cu, facilitada por el CO, se identifica como una fase activa clave para la síntesis eficiente de metanol con CO2.