Los catalizadores de metales de transición, como el níquel y el cobalto, se usan ampliamente en la industria para producir hidrógeno y otros compuestos útiles a partir del gas natural. Los investigadores logran esta transformación a través del reformado con vapor, que es el proceso de calentar metano con vapor en presencia deel catalizador, produciendo así hidrógeno y monóxido de carbono.
Los metales de transición son conocidos por sus capacidades catalíticas superiores y los investigadores saben que las reacciones más significativas ocurren en la superficie de los catalizadores. Hasta ahora, la búsqueda de catalizadores aún mejores se ha basado principalmente en pruebas y errores, y en el supuesto de quelas reacciones catalizadas tienen lugar en los bordes escalonados y otros sitios de defectos atómicos de los cristales metálicos.
Un equipo de investigación internacional de Suiza, los Países Bajos y los Estados Unidos ha combinado experimentos utilizando técnicas avanzadas de infrarrojos con la teoría cuántica para explorar las reacciones de disociación de metano en detalle. Por primera vez, su investigación muestra exactamente dónde ocurren las reacciones más significativasen la superficie del catalizador. Los investigadores se centraron en el platino Pt como catalizador para descomponer el metano, pero el modelo se puede aplicar a otros catalizadores de metales de transición, como el níquel. Informan de sus hallazgos esta semana El diario de la física química , de AIP Publishing.
"Una teoría predictiva probada con precisión química podría cambiar la forma en que uno busca nuevos catalizadores y hacer que la búsqueda sea más eficiente y más barata", dijo Rainer Beck, coautor del artículo y profesor de ciencias químicas e ingeniería en Cole Polytechnique Fdralede Lausanne EPFL.
A escala atómica, la superficie de un catalizador de platino así como otros cristales metálicos puede consistir en escalones, terrazas y otros defectos que se consideran "sitios" importantes en el proceso catalítico.
El equipo de investigación utilizó el bombeo láser infrarrojo para excitar las moléculas de metano en estados cuánticos rotacionales y vibratorios seleccionados. Luego, los investigadores usaron espectroscopía infrarroja de reflexión-absorción RAIRS para detectar la disociación de metano en los diversos sitios del cristal Pt 211.RAIRS es una técnica no intrusiva que permite a los investigadores monitorear las reacciones químicas en tiempo real durante la deposición, en este caso, de metano en la superficie de Pt mediante el registro de curvas de absorción específicas de sitio para especies de metilo quimisorbidas en escalones y terrazas., los investigadores pueden determinar los niveles de reactividad del metano en cada uno de los sitios.
Los investigadores también emplearon el modelo Hamiltonian de Reaction Path, un marco de teoría cuántica, para calcular la superficie de energía potencial y explorar la dinámica durante las reacciones químicas. Sus hallazgos mostraron que las reacciones de disociación son al menos dos órdenes de magnitud más eficientes en los pasosque en las terrazas. Además, no hubo reacción en un tercer tipo de sitio de superficie ubicado entre los escalones y la terraza referidos como "átomos de la esquina".
"Demostramos que es posible usar la detección RAIRS para mediciones específicas de estado y superficie de reactividad de metano y comparar el efecto de la excitación vibracional sobre la reactividad en los escalones y terrazas de una superficie de catalizador", dijo Beck ".Esta nueva área de estudio proporciona otro nivel de detalle en la detección de productos de disociación de metano ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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