Estudio de catalizadores de platino soportados mediante adsorción electrostática selectiva en óxidos compuestos para la oxidación preferencial de CO

Abstract

En este trabajo se estudió la actividad catalítica, selectividad y estabilidad de catalizadores de Pt, preparados mediante el método de adsorción electrostática, durante la reacción de oxidación preferencial de CO en presencia de H2 (PROX). La primera etapa del trabajo consideró la optimización del método de síntesis y del proceso de pretratamiento, para obtener catalizadores con alta dispersión y estabilidad estructural. Una vez sintetizados los catalizadores Pt/MOx/TiO2 (M = Fe o Co), se procedió al estudio del efecto del pH de síntesis (3.0 - 9.0) y de la temperatura de calcinación (200 300 °C) de estos materiales, con respecto a su actividad en la reacción PROX. Para llevar a cabo la síntesis por adsorción electrostática, se utilizó como soporte base TiO2, y como co-soporte, se estudiaron dos óxidos metálicos, cuyos puntos de carga cero (PZC) son lo suficientemente distintos al de TiO2 para que el Pt se pueda depositar selectivamente sobre cada uno de ellos. Específicamente, se sintetizaron soportes conformados por CoOx/TiO2 y FeOx/TiO2. En relación con la impregnación de Pt, se analizó la naturaleza de la sal precursora y se determinaron las condiciones óptimas de síntesis a través de mediciones de adsorción del metal en el soporte a distintos valores de pH. Finalmente, se optimizaron las condiciones de pretratamiento con el objetivo de obtener catalizadores de alta actividad catalítica, selectividad y estabilidad para la reacción PROX. De acuerdo a los ensayos catalíticos, se confirmó que la presencia del co-soporte MOx genera un efecto promotor en los catalizadores Pt/TiO2, incrementando los valores de XCO, SCO2 y TOF; diminuyendo los valores de Eap de 97 (Pt/TiO2) a 43 (Pt/FeOx/TiO2) y 30 kJ/mol (Pt/CoOx/TiO2) y favoreciendo la estabilidad de estos materiales por más de 50 h de uso continuo. Además, se observó que los catalizadores Pt/CoOx/TiO2 y Pt/FeOx/TiO2 sintetizados a pH 6.0 presentaron una mayor actividad que los preparados a pHs de 3.0 y 4.0, respectivamente. Esto ha sido relacionado con la mayor concentración de sitios interfaciales (Pt MOx)i, obtenida por XPS y TPR, que es generada por una mayor adsorción electrostática selectiva de Pt sobre el co soporte MOx, a valores de pH comprendidos entre los PZC de los componentes del soporte. El cumplimiento del objetivo planteado en esta tesis permitió optimizar el método de síntesis de catalizadores por adsorción electrostática y las etapas activación, con el fin de tener un mayor aprovechamiento del metal noble y alcanzar altos rendimientos en la reacción PROX. Estos estudios permitirán extender el uso de este método de síntesis para otros catalizadores y distintos tipos de reacciones, en las que sea necesario generar diferentes grados de interacción metal-soporte que favorezcan la actividad catalítica de este tipo de materiales.