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Cerdanyola del Vallès (Barcelona), 21 de junio de 2023. La investigación en catálisis es uno de los ámbitos de estudio más dinámicos en la actualidad, ya que es de suma importancia en muchos procesos industriales.
Los catalizadores basados en nanopartículas de oro son excelentes candidatos para optimizar varios tipos de reacciones, incluida la oxidación de monóxido de carbono (CO). Sus aplicaciones son innumerables y muy útiles, como la eliminación de monóxido de carbono en ambientes cerrados, el control de emisiones en vehículos o la purificación de hidrógeno mediante la reacción de cambio agua-gas (WGS).
Sin embargo, el papel de los ligandos en estos catalizadores (las moléculas que se unen al átomo de metal central) aún no se conoce por completo.
Un equipo del Instituto de Química de Materiales de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien), liderados por la investigadora Noelia Barrabés, ha descubierto ahora el impacto de diferentes ligandos en la evolución de la estructura central de nanocatalizadores de oro soportados en ceria (CeO2).
Analizaron el estado y la evolución de tres estructuras de diferente tamaño y composición en distintas etapas utilizando técnicas de análisis complementarias.
En la línea de luz NOTOS del Sincrotrón ALBA, el equipo llevó a cabo análisis de estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS) durante el pretratamiento oxidativo y las reacciones de oxidación de CO. NOTOS es una línea de luz de rayos X de alta energía dedicada a la espectroscopia de absorción y la difracción de rayos X al servicio de disciplinas científicas como la catálisis, la energía, los nanomateriales o ciencias medioambientales. Utilizando NOTOS, las investigadoras pudieron identificar los cambios estructurales que tienen lugar en las nanopartículas de oro. El análisis se complementó con espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) y estudios previos de infrarrojo en condiciones operando.
El equipo descubrió que la reactividad de las nanopartículas de oro está significativamente influenciada por los cambios que ocurren en la interfaz entre el soporte, los ligandos y el núcleo del clúster de nanopartículas durante el pretratamiento y las condiciones de reacción. Sin embargo, por encima de 250 ºC, la reacción fue similar independientemente del tamaño del grupo original y la composición del ligando. De hecho, la mayoría de las nanopartículas de oro aparecieron libres de ligandos a partir de los 200 ºC. A 300 ºC se produjo un cambio estructural que incluyó la formación de nanopartículas más pequeñas, coincidiendo con un aumento significativo de la actividad de oxidación del CO.
Estos resultados muestran la alta movilidad de los átomos en nanoestructuras metálicas tan pequeñas y precisas, con múltiples factores que los afectan. Son particularmente relevantes ya que pueden extenderse a otros catalizadores de partículas metálicas.
a) Esquemas del proceso de oxidación de CO que involucra al clúster de oro (Au). b) Transformada de Fourier de los datos de EXAFS, c) conversión de CO y d) espectros de XPS correspondientes a los catalizadores en diferentes etapas del proceso, e) configuración experimental y f) imagen de las usuarias en NOTOS (Sincrotrón ALBA).
La línea de luz NOTOS está cofinanciada por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) dentro del Programa Operativo Plurirregional de España (anterior Crecimiento Inteligente) 2014-2020.
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
