Para optimizar el rendimiento del catalizador, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y colaboradores ha desarrollado una comprensión detallada del efecto de los cambios estructurales y de composición a nanoescala inducidos por el pretratamiento sobre la actividad del catalizador y la estabilidad a largo plazo.

La investigación podría hacer más eficiente la producción del importante acetaldehído químico como materia prima industrial.

Se necesitan mejoras en la eficiencia energética de la producción química para hacer frente a los desafíos energéticos mundiales. La catálisis heterogénea que utiliza nanomateriales tiene el potencial de aumentar sustancialmente la eficiencia mediante la mejora de la selectividad de la reacción y la disminución de la temperatura de funcionamiento para procesos de gran volumen. Los nanomateriales también pueden permitir nuevos procesos catalíticos que mejoran la eficiencia al eliminar la necesidad de separación de subproductos. como el agua.

La producción de acetaldehído es un buen ejemplo de la necesidad de mejorar la eficiencia energética de las transformaciones químicas. El acetaldehído es un material de partida para varios productos químicos industriales.

El proceso actual para producir acetaldehído es la deshidrogenación oxidativa de etanol catalizada por plata, que requiere alta temperatura y separación del subproducto, agua.

Pero el equipo de LLNL y sus colaboradores encontraron una manera de estabilizar los catalizadores de cobre (Cu) dopados con níquel (Ni) que permiten la deshidrogenación catalítica no oxidativa directa del etanol hacia acetaldehído e hidrógeno. un combustible limpio.

"La deshidrogenación no oxidativa del etanol presenta muchas ventajas sobre los métodos de producción actuales, incluida la generación de hidrógeno como subproducto y al mismo tiempo evitar la separación del agua, el subproducto de la deshidrogenación oxidativa del etanol, "dijo el científico de materiales de LLNL Juergen Biener, autor principal de un artículo que aparece en la revista Ciencia y tecnología de catálisis .

Los científicos están interesados ​​en catalizadores compuestos de Ni y Cu debido a su uso en muchas aplicaciones catalíticas y electrocatalíticas (incluida la reducción de dióxido de carbono). También son abundantes y relativamente económicos.

Utilizando espectroscopía de fotoelectrones de rayos X in situ y ex situ y diversas técnicas de microscopía electrónica, El equipo descubrió que la actividad catalítica y la estabilidad de un catalizador de aleación de NiCu nanoporoso (np) se pueden mejorar generando un estado subsuperficial de Ni atrapado cinéticamente a través de un pretratamiento con oxígeno.

La exposición de la superficie oxidada al etanol a la temperatura de reacción reduce la superficie de CuO mientras que la mayor parte del Ni permanece oxidado e incrustado en el Cu. En este estado, El dopaje con Ni proporciona una actividad estable (más de 60 horas) y mejorada para la deshidrogenación catalítica de etanol a acetaldehído e hidrógeno.

"Este estudio enfatiza la importancia de comprender los cambios dinámicos de las superficies catalíticas desencadenados por la exposición a gases reactivos como una herramienta para ajustar las propiedades de los materiales y mejorar su desempeño, con implicaciones que se extienden a la electrocatálisis, fotocatálisis, ciencia de los Materiales, aplicaciones biológicas basadas en metales y más allá, "Dijo Biener.