Estudio del Catalizador Bimetálico Cu-Pt/SiO2 para la Producción Selectiva de Hidrógeno a Partir de Ácido Fórmico.

Abstract

La producción selectiva de hidrógeno a partir de ácido fórmico (AF) se ha estudiado tradicionalmente sobre catalizadores de metales nobles, que son altamente activos para la deshidrogenación de AF. Sin embargo, cálculos DFT han indicado que materiales más económicos como el Cu3Pt pueden ser igual de activos y selectivos para esta reacción, pero esto no se ha demostrado de manera experimental. En la presente investigación se aborda esta laguna de conocimiento, estudiando catalizadores bimetálicos de Cu-Pt, sintetizados en condiciones que propician la formación de las fases CuPt y Cu3Pt, además de los catalizadores monometálicos Cu y Pt. Como soporte de los catalizadores, se utilizó sílice pura y sílice funcionalizada con grupos amino que favoreció la formación de partículas bimetálicas altamente dispersas. Si bien no se comprobó la formación de fases intermetálicas, si se demostró la formación de clusters bimetálicos mediante técnicas de XPS (espectroscopia de rayos X), TPR (reducción térmica programada), XRD (difracción de rayos X) y FTIR de adsorción de CO. Se realizaron ensayos de descomposición de AF en fase gaseosa, en un reactor de lecho fijo de acero inoxidable, a 70 – 170ºC y presión parcial de 1.8 kPa de AF. La actividad de los platinos monometálicos resultaron ser mucho mayores que para los bimetálicos, siendo a su vez los catalizadores Cu3Pt menos activos que los CuPt, al igual que los soportados en sílice pura en comparación a los sobre sílice modifica. Ambos catalizadores bimetálicos mostraron una importante antisinergia en la actividad para la descomposición de ácido fórmico, que parece estar determinada por un efecto inhibitorio del cobre sobre los sitios de Pt y la ausencia de sitios intermetálicos altamente activos para la reacción, la falta de estos podría ser una de las razones de las importantes diferencias con los resultados DFT. Sin embargo, las suposiciones y aproximaciones de los resultados teóricos también pueden ser las causas de las discrepancias obtenidas experimentalmente .Por otro lado, se trabajó en la síntesis por microemulsión de nanopartículas de Cu-Pt, Pt y Cu encapsuladas en esferas de SiO2, para un mayor control de su dispersión y estabilidad en condiciones de reacción. Sin embargo, sólo fue posible formar estas estructuras tipo core-shell para el Cu monometálico, y no para las fases bimetálicas. Los resultados de este trabajo aportan conocimiento de base experimental para el desarrollo de procesos de descomposición de AF sobre clusters bimetálicos, inspirando futuros avances en el uso del ácido fórmico como líquido orgánico portador de hidrógeno.