El níquel promueve la epoxidación selectiva del etileno en la plata

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La epoxidación de etileno es un proceso industrial crucial, históricamente dependiente de la promoción de cloro (Cl) de los catalizadores de plata (Ag).
• Los promotores tradicionales (Cs, Re, Mo) mejoran la selectividad pero exhiben una codependencia compleja en Cl, lo que dificulta la optimización y la comprensión mecanicista.
• Lograr una alta selectividad (~ 90%) en la epoxidación de etileno sigue siendo un desafío debido a la intrincada interacción de los promotores y el cloro.

Objetivo del estudio:

• Identificar un nuevo promotor para los catalizadores de plata en la epoxidación del etileno utilizando un enfoque de aleación de un solo átomo guiado por la teoría.
• Investigar el potencial del níquel (Ni) como dopante en el Ag para facilitar la oxidación selectiva del etileno.
• Explorar el papel del Ni en la activación del oxígeno y su impacto en la selectividad del catalizador, tanto con como sin coflujo de cloro.

Principales métodos:

• El modelado teórico guió la selección del níquel (Ni) como un dopante de un solo átomo en un catalizador de plata (Ag).
• Se llevaron a cabo experimentos de ciencias de la superficie para estudiar la adsorción/desorción de oxígeno en superficies de Ni-doped Ag (NiAg).
• Se sintetizaron y probaron catalizadores de Ag soportados con dopaje controlado de Ni (relación Ni:Ag) en la epoxidación de etileno.

Principales resultados:

• El dopaje de níquel en Ag facilita la activación molecular de oxígeno (O2) sin una fuerte unión de oxígeno (O), crucial para la oxidación selectiva.
• Las superficies de NiAg demostraron una fácil adsorción/desorción de O2 y estabilización de especies de oxígeno no selectivas.
• El catalizador de NiAg (relación 1: 200) logró un aumento de selectividad de ~ 25% en la epoxidación de etileno sin co-flujo de Cl.
• El NiAg actuó cooperativamente con el Cl, produciendo una mejora de selectividad inicial adicional de ~ 10%.

Conclusiones:

• El níquel se identifica como un dopante eficaz para los catalizadores de plata en la epoxidación del etileno, promoviendo la oxidación selectiva a través de la activación de O2.
• El catalizador de NiAg ofrece una vía prometedora para mejorar la selectividad, reduciendo o eliminando la necesidad de promoción de cloro.
• El efecto sinérgico entre Ni y Cl sugiere una nueva vía para optimizar los catalizadores de epoxidación de etileno.