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Desarrollan una nueva estrategia para la estabilización de catalizadores gracias a la resolución atómica 10 julio 2019


Este trabajo fue publicado en ‘Nature Materials’ por investigadores del grupo ‘Estructura y dinámica de nanomateriales’, y se centra en localizar especies metálicas en sitios específicos y modular su reactividad durante la reacción química

Investigadores de la Universidad de Cádiz, integrados en el grupo (FQM-334) Estructura y Química de nanomateriales que dirige el catedrático José Juan Calvino, han logrado identificar con alta precisión la ubicación de clústeres (agregados de pocos átomos) de platino dentro de los poros de zeolitas (un material usado, entre otras cosas, para absorber humedad, captar contaminantes o hacer viable multitud de procesos en la industria química), así como modular su reactividad, lo que ha sido crucial en el desarrollo de una nueva estrategia de estabilización de catalizadores basados en materiales cristalinos porosos (que tienen una estructura sólida en la que se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio).

Este importante trabajo, publicado en la revista Nature Materials, tiene como primer autor UCA al investigador Miguel López Haro, del departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica, y ha tomado como punto de partida el hecho de que las especies metálicas, como el platino, a escala subnanométrica tienen propiedades singulares pero con una clara limitación en aplicaciones catalíticas de alta temperatura. Por ello, se ha trabajado en controlar la generación y localización de agrupaciones de este metal en zeolitas, ya que estas últimas pueden servir como soporte para estabilizar los catalizadores (sustancias que aceleran una reacción química sin participar en ella).

Esta investigación se ha llevado a cabo a lo largo de más de un año, en el que se han desarrollado diversas metodologías innovadoras de análisis a escala atómica de clústeres metálicos ultradispersos en la matriz de zeolitas. Empleando una de las técnicas más recientes (iDPC) en el ámbito de la Microscopía Electrónica – que ha sido instalada hace tan solo 12 meses en el microscopio FEI Titan Themis 60-300 de la UCA -, estos científicos han conseguido localizar especies metálicas subnanométricas en sitios concretos y modular su reactividad, llegando a catalizadores con estabilidad, selectividad y actividad muy altas para la deshidrogenación (pérdida de hidrógeno; oxidación) del propano, gas que se extrae del petróleo. Este proceso es industrialmente importante en la producción del propileno, que se usa para producir plásticos, por ejemplo. Además de ello, se debe destacar que esta novedosa estrategia de estabilización para catalizadores podría extenderse a otros materiales porosos cristalinos.

Los resultados obtenidos han sido posibles gracias a dos elementos: el factor humano y la importante infraestructura científica que posee la Universidad de Cádiz. En esta ocasión, el factor humano ha estado dirigido por el investigador López Haro, “quien ha conseguido llevar al límite las capacidades de un equipo sofisticado, empleando las aproximaciones de análisis de la información más novedosas, además de adaptar todas estas capacidades a retos científicos muy demandantes, como es el de visualizar con resolución atómica la estructura de materiales complejos, discriminar las especies metálicas en una matriz porosa y localizar a dichas especies en ubicaciones especificas dentro de dicha matriz”, en palabras del catedrático José Juan Calvino. De hecho, la Universidad de Cádiz posee una escuela de microscopistas electrónicos con experiencia contrastada al máximo nivel y de carácter internacional.

En cuanto al papel de la infraestructura científica que posee la Universidad de Cádiz, es importante indicar que el microscopio FEI Titan Themis 60-300, por ejemplo, hace posible este tipo de experimentos tan específicos, algo que solo se puede hacer en el ámbito nacional desde la DME-UCA. Esta infraestructura fue incluida, en 2018, en el nuevo Mapa de Infraestructuras Científico Técnicas Singulares (ICTS) del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MINCIU) del Gobierno de España. Este relevante logro, ha situado a la UCA dentro de la red de infraestructuras científicas de excelencia españolas, y es el resultado de un trabajo riguroso y una planificación estratégica.

 

Referencia bibliográfica: Lichen Liu, Miguel Lopez-Haro, Christian W. Lopes, Chengeng Li, Patricia Concepcion, Laura Simonelli, Jose J. Calvino and Avelino Corma (2019): ‘Regioselective generation and reactivity control of subnanometric platinum clusters in zeolites for high-temperature catalysis’, Nature Materials, https://doi.org/10.1038/s41563-019-0412-6