Visualización de la dinámica dependiente del tamaño de las nanopartículas de CoO soportadas bajo condiciones de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• Química de las superficies

Sus antecedentes:

• El dióxido de carbono (CO2) es un gas de efecto invernadero importante, que requiere estrategias eficientes de valorización química.
• La comprensión del comportamiento de los catalizadores de metal/óxido bajo mezclas de CO2 y CO2/H2 es crucial para la optimización del proceso.
• Los catalizadores de cobalto apoyados en ceria (Co/CeO2) son prometedores para la hidrogenación de CO2, pero su evolución estructural requiere una investigación detallada.

Objetivo del estudio:

• Investigar la evolución estructural y morfológica de las nanopartículas de óxido de cobalto (CoO_x) en nanoestructuras de CeO2-cubo en condiciones de hidrogenación de CO2.
• Para aclarar el papel de las interacciones de soporte metálico y la orientación de la faceta en el comportamiento del catalizador.
• Comprender los cambios morfológicos dependientes del tamaño de las nanopartículas CoO_x durante la hidrogenación de CO2.

Principales métodos:

• Las técnicas de caracterización in situ incluyen la estructura fina de absorción de rayos X (XAFS), la difracción de rayos X (XRD), la espectroscopia de transformación de Fourier de reflexión difusa en el infrarrojo (DRIFTS) y la microscopia electrónica de transmisión ambiental (TEM).
• Exposición controlada de los catalizadores Co/CeO2 a las mezclas de CO2 y H2/CO2 a temperaturas elevadas (250 °C).
• Análisis de la morfología y estructura de las nanopartículas en respuesta a las diferentes composiciones de los gases y al tamaño de las nanopartículas.

Principales resultados:

• Las facetas del soporte de cería exhibieron una alta estabilidad debido a fuertes interacciones con agregados de óxido de cobalto.
• Las pequeñas nanopartículas CoO_x (< 2,5 nm) sufrieron una transformación reversible de formas piramidal 3D a capas monatómicas 2D tras la introducción de CO2, maximizando los sitios de unión de CO2.
• Las nanopartículas de CoO_x más grandes (> 3 nm) mostraron cambios morfológicos menos significativos, principalmente una mayor oxidación, a diferencia de las nanopartículas de metales nobles.
• Los cambios morfológicos observados en pequeñas NP de CoO_x influyeron en la estabilidad intermedia de la reacción y modificaron la selectividad catalítica hacia la producción de metano.

Conclusiones:

• La fuerte unión interfacial entre las facetas CoO_x y CeO2 {100} dicta la orientación y el comportamiento de las nanopartículas.
• Las transformaciones morfológicas dependientes del tamaño de las nanopartículas CoO_x son impulsadas por fuertes interacciones de soporte metálico y la naturaleza oxófila del cobalto.
• El cambio de forma 2D/3D reversible de pequeñas NP CoO_x es crítico para comprender y optimizar la catálisis de hidrogenación de CO2.