Fotólisis de luz visible en el sitio de un solo átomo en óxidos de perovskita semiconductores

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Ciencias de los materiales
• La fotoquímica

Sus antecedentes:

• Las reacciones catalíticas a menudo están limitadas por relaciones de escala en superficies heterogéneas.
• El monóxido de carbono (CO) puede envenenar los sitios activos al formar complejos estables con metales como el rodio (Rh).
• Los métodos existentes para la fotodepleción de CO de los sitios Rh requieren típicamente fotones UV de alta energía.

Objetivo del estudio:

• Diseñar catalizadores con sitios activos sensibles a la luz visible para superar las limitaciones catalíticas.
• Demostrar la eliminación de CO fuertemente unido de sitios Rh bien definidos en condiciones suaves utilizando luz visible.
• Para elucidar los distintos mecanismos de fotodepleción de CO en diferentes sistemas catalíticos.

Principales métodos:

• Incorporación de sitios Rh individuales en un óxido de perovskita fotoactivo (SrTiO3 dopado con Rh).
• Investigación de la eliminación de CO bajo la radiación de luz roja visible (635 nm) a 323 K.
• Realización de rigurosos experimentos cinéticos para comparar el SrTiO3 dopado con Rh con catalizadores de Rh/γ-Al2O3 aislados en el sitio.
• Analizando los mecanismos de excitación electrónica a través de estados de energía intermedios.

Principales resultados:

• La eliminación de CO del SrTiO3 dopado con Rh se logró a temperaturas suaves (323 K) utilizando luz roja de baja energía, a diferencia de los catalizadores Rh soportados.
• Se identificaron distintos mecanismos de fotodepleción: transferencia directa de carga de metal a ligando para Rh/γ-Al2O3 y formación de pares de electrones con agujero para el SrTiO3 dopado con Rh.
• La luz visible induce excitaciones electrónicas en el SrTiO3 dopado con Rh a través de estados intermedios, facilitando la eliminación de CO.
• Los sitios Rh aislados en SrTiO3 dopado con Rh mostraron una excelente estabilidad durante múltiples ciclos de fotodepleción de CO.

Conclusiones:

• La incorporación de sitios Rh individuales en óxidos de perovskita fotoactivos es una estrategia efectiva para la química de la superficie impulsada por la luz visible.
• Este enfoque supera las limitaciones de la fotólisis dependiente de los rayos UV y permite la eliminación de CO a temperatura suave.
• Los hallazgos ofrecen una vía para diseñar catalizadores avanzados que superen las relaciones de escala en las reacciones químicas.