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Una reacción crítica en la química ambiental es la oxidación de CO. Los investigadores ahora han demostrado que la actividad catalítica de una superficie metálica de paladio (Pd) para oxidar el monóxido de carbono (CO) aumenta mediante capas porosas de dióxido de silicio de menos de un nanómetro de espesor.
Al producir materiales con bajas concentraciones de catalizador en espacios pequeños, los investigadores están aumentando la eficiencia de los catalizadores. Los huecos en estos materiales a nanoescala son más pequeños que los de un solo virus.
En este estudio, los investigadores descubrieron que la conversión de CO mejoraba cuando un estrecho espacio bidimensional separaba la capa de óxido de silicio y el catalizador metálico. Además, resultó en un aumento del 12% en dióxido de carbono (CO) en comparación con el paladio solo.2) generación.
El impacto
El CO tiene la capacidad de impedir transformaciones químicas deseables y catalizar procesos. El CO dañino se convierte en (CO).2) por oxidación de monóxido de carbono, generalmente con la ayuda de un catalizador metálico como Pd.
Posteriormente el transformado (CO2) la molécula se puede eliminar fácilmente de la superficie del catalizador y recuperar o utilizar para diversos fines. Estos resultados proporcionan información sobre los mecanismos mediante los cuales las capas nanoporosas de sílice bidimensionales pueden mejorar la oxidación de CO. También se pueden acelerar otros tipos de reacciones utilizando este método.
Resumen
El uso de microambientes confinados para regular la química de reacciones ha atraído la atención en el campo de la catálisis. Un catalizador metálico y un material nanoporoso de bicapa de sílice pueden crear un espacio bidimensional a nanoescala que puede promover diversos esquemas cinéticos y energéticos basados en los efectos de confinamiento a nivel molecular de este volumen más pequeño.
Para observar la reacción de oxidación del CO, los científicos colocaron la sílice de dos capas sobre Pd catalíticamente activo. Los investigadores utilizaron espectrometría de masas, en el sitio Espectroscopia de rayos X e infrarrojos, así como espectroscopia de rayos X in situ para investigar la relación estructura-actividad. Se examinó la estructura de la capa de dióxido de silicio y se determinó la geometría del sitio de unión del CO en la superficie del metal mediante espectroscopía infrarroja in situ.
La espectroscopía de rayos X monitorizó la evolución de gas de la superficie durante la reacción y determinó el estado de oxidación de la superficie. El estudio muestra que los efectos de confinamiento ejercidos sobre los adsorbatos de superficie debajo de sílice 2D facilitan la oxidación de CO en Pd. En comparación con el Pd solo, esta interacción produce un óxido superficial reactivo que aumenta los niveles de CO2 Incrementar las tasas de producción en un 12%.
Este trabajo fue apoyado por la Instalación de Sondas Proximales del Centro de Nanomateriales Funcionales (CFN) y la Línea Nacional de Luz de Sincrotrón II (NSLS-II) In Situ y Operando Soft X-ray Spectroscope Beamline (una colaboración entre el CFN y NSLS -II) permite. II). El equipo estudió la respuesta espectroscópica del CO2 sobre catalizadores de metal puro y funcionalizados, que proporcionaron conocimientos cruciales sobre la física en esta región limitada.
La Oficina de Instalaciones de Usuarios Científicos del Departamento de Energía (DOE), la Fuente Nacional de Luz de Sincrotrón II y el Centro de Nanomateriales Funcionales proporcionaron recursos para este trabajo. El programa de Ciencias Energéticas Básicas de la Oficina de Ciencias del DOE financió el Centro de Investigación de la Frontera Energética, que también contribuyó.
Referencia de la revista:
EADS, CN, et al. (2023) Catálisis mejorada bajo sílice 2D: un estudio de oxidación de CO. Edición Internacional de Química Aplicada. doi:10.1002/anie.202013801
Fuente: https://www.energy.gov/
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