Metales y óxidos metálicos depositados en extremos opuestos de un nanotubo de carbono. a Esquema que representa un metal (rojo) capaz de disociar hidrógeno (amarillo) en un nanotubo de carbono donde el hidrógeno puede viajar a través de un óxido metálico (azul). b Imagen SEM de un bosque de nanotubos con Pd y TiO2 depositados en extremos opuestos a través de la evaporación del metal y después del tratamiento en hidrógeno durante 1 ha 400 ° C. (La barra de escala en b indica 15 micrómetros). c – e Porciones de la parte superior, medio y fondo del bosque, respectivamente, a mayor aumento. (La barra de escala indica de arriba a abajo 200, 500, y 250 nanómetros). espectros EDS f – h correspondientes a las ubicaciones indicadas en c – e. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2018). DOI:10.1038 / s41467-018-06100-9
La investigación catalítica dirigida por el investigador de la Universidad de Oklahoma, Steven Crossley, ha desarrollado una forma nueva y más definitiva de determinar el sitio activo en un catalizador complejo. La investigación de su equipo se publicó recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .
Los catalizadores que constan de partículas metálicas soportadas sobre óxidos reducibles muestran un rendimiento prometedor para una variedad de reacciones industriales actuales y emergentes. como la producción de combustibles renovables y productos químicos. Aunque los resultados beneficiosos de los nuevos materiales son evidentes, identificar la causa de la actividad del catalizador puede resultar complicado. Los catalizadores a menudo se descubren y optimizan mediante prueba y error, lo que dificulta desacoplar las numerosas posibilidades. Esto puede llevar a decisiones basadas en evidencia especulativa o indirecta.
"Al colocar el metal sobre el soporte activo, la actividad catalítica y la selectividad son mucho mejores de lo que cabría esperar que si combinara el rendimiento del metal con el soporte solo, "explicó Crossley, un ingeniero químico, Profesor presidencial de Teigen y profesor Sam A. Wilson dentro de la Facultad de Ingeniería de Gallogly. "El desafío es que, cuando pones los dos componentes juntos, es difícil comprender la causa del rendimiento prometedor. "Comprender la naturaleza del sitio activo catalítico es fundamental para controlar la actividad y la selectividad de un catalizador.
El novedoso método de Crossley de separar sitios activos mientras se mantiene la capacidad del metal para crear sitios activos potenciales en el soporte utiliza nanotubos de carbono de crecimiento vertical que actúan como "autopistas de hidrógeno". Para determinar si la actividad catalítica se debió al contacto directo entre el soporte y el metal o a los efectos del promotor inducidos por el metal sobre el soporte de óxido, El equipo de Crossley separó el metal paladio del catalizador de óxido de titanio a una distancia controlada en un puente conductor de nanotubos de carbono. Los investigadores introdujeron hidrógeno en el sistema y verificaron que el hidrógeno podía migrar a lo largo de los nanotubos para crear nuevos sitios activos potenciales en el soporte de óxido. Luego probaron la actividad catalítica de estos materiales y la contrastaron con la actividad de los mismos materiales cuando el metal y el soporte estaban en contacto físico directo.
"En tres experimentos, pudimos descartar diferentes escenarios y demostrar que es necesario tener contacto físico entre el paladio y el titanio para producir metil furano en estas condiciones, "Dijo Crossley.
Las autopistas de hidrógeno de nanotubos de carbono se pueden utilizar con una variedad de catalizadores bifuncionales diferentes.
"Con este método sencillo y sencillo, podemos comprender mejor cómo funcionan estos materiales complejos, y use esta información para hacer mejores catalizadores, "Dijo Crossley.
