Incremento de la epoxidación electroquímica del etileno mediante la estabilización del estado de valencia del rutenio

Área de la Ciencia:

• La electroquímica y la catálisis para la síntesis química sostenible.
• Ciencia de los materiales centrada en el diseño y la estabilización de catalizadores.

Sus antecedentes:

• La epoxidación de olefinas mediada por haluros utilizando electricidad renovable es un método sostenible para la producción de óxido de etileno (EO).
• La desactivación del catalizador por oxidación y degradación en condiciones ricas en haluros limita su aplicación industrial.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia para la estabilización de catalizadores basados en óxido de rutenio en ambientes ricos en cloruro para la producción de EO.
• Investigar el papel del dopaje de iridio en la mitigación de la degradación del catalizador a altas densidades de corriente.

Principales métodos:

• Empleando una estrategia de depósito de electrones a través del dopaje de iridio de un catalizador de óxido de rutenio.
• Utilizando la espectroscopia de Raman in situ para analizar el comportamiento del catalizador y los mecanismos de reacción.
• Prueba del rendimiento del catalizador bajo altas densidades de corriente (150 mA cm−2) durante largos períodos (>120 h).

Principales resultados:

• El dopaje de iridio estabilizó con éxito el catalizador de óxido de rutenio en entornos ricos en cloruro.
• Se ha conseguido una eficiencia Faradaic de hasta el 85,1% para la producción de óxido de etileno.
• Funcionamiento estable del catalizador demostrado durante más de 120 horas a alta densidad de corriente.

Conclusiones:

• La estrategia del depósito de electrones mitiga efectivamente la degradación del catalizador al permitir la transferencia bidireccional de electrones entre rutenio e iridio.
• El dopaje de iridio reduce la energía de activación para la escisión del enlace M-O, promoviendo la formación deseada de HOCl y evitando la producción de Cl2.
• La modulación electrónica de los catalizadores es crucial para el diseño de sistemas estables y eficientes para la producción sostenible de materias primas químicas.