Nylige fremskridt inden for optimering af dispergerede platinkatalysatorer

Meget spredte platinkatalysatorer giver nye muligheder for industrielle processer, såsom den flammeløse forbrænding af metan, propan, eller kulilte, som har færre emissioner og er mere ressourceeffektiv og konsekvent end konventionel forbrænding. I journalen Angewandte Chemie , et team af forskere rapporterer om, hvilke platinarter der er aktive i højtemperaturoxidationer, og hvilke ændringer de kan gennemgå i løbet af processen - vigtige forudsætninger for optimering af katalysatorer.

Individuelle metalatomer og klynger, der kun består af nogle få metalatomer, har interessante katalytiske egenskaber bestemt af den nøjagtige natur af den aktive metalart. Som regel, disse er stærkt dispergerede og afsat på en bærer, såsom zeolit, som er en porøs silikatrammestruktur, der også spiller en rolle i en katalysators egenskaber. Selv den mindste ændring i de aktive centre kan drastisk reducere effektiviteten af ​​en katalysator. For eksempel, ædelmetaller som platin har en tendens til at blive permanent deaktiveret ved sintring under barske forhold.

Hvilke specifikke platinarter spiller en rolle i højtemperaturoxidationer er svært at bestemme, imidlertid, fordi et betydeligt antal af sådanne arter ikke let kan opnås uden inddragelse af deres støtte i katalysen. Et team ledet af Pedro Serna (ExxonMobil Research and Engineering Co., New Jersey, OS.), samt Manuel Moliner og Avelino Corma (Universitat Politècnica de València, Spanien) undersøgte adfærden af ​​individuelle platinatomer og små platinklynger på specielle CHA-zeolitter, som er ikke-reducerbare understøtninger, der kan stabilisere disse arter meget godt.

Deres første eksperiment var en undersøgelse af at spalte O( ₂ ) ved at bruge to forskellige typer isotopisk rene oxygenmolekyler, ( ¹⁶ )O( ₂ ) og ( ¹⁸ ) O ( ₂ ). Jo mere aktiv katalysatoren er, jo mere blandet ( ¹⁶ )O( ¹⁸ )O-molekyler dannes ved rekombination af de dissocierede atomer. Det blev vist, at platinhobe på under et nanometer er betydeligt mere aktive end individuelle atomer eller større klynger. Imidlertid, ved moderate temperaturer (200 °C) falder de små klynger fra hinanden over tid til individuelle platinatomer, og den katalytiske aktivitet til spaltning af ilten ender.

I modsætning, holdet fandt, at for oxidation af alkaner, såsom metan, ved højere temperaturer, den katalytiske forbrænding blev udført af individuelle platinatomer. Disse dannes in situ i iltstrømmen fra de indledende klynger, som det blev vist ved røntgenabsorptionsspektroskopi og ved elektronmikroskopi. Det kritiske trin i disse oxidationer er ikke spaltningen af ​​O( ₂ ) men brud på CH bindinger, hvilket er mindre følsomt over for ændringer i det aktive websteds struktur.

Til oxidation af CO, katalysen domineres af platinhobe. Individuelle platinatomer kan ikke stabiliseres i CO-strømmen, og dermed, spiller ingen rolle. I sammenligning med understøtninger fremstillet af aluminiumoxid, CHA-zeolitten gav højere aktivitet og større stabilitet af platinklyngerne i nærvær af CO.

Den høje stabilitet af individuelle platinatomer til metanforbrænding og af små platinklynger til CO-oxidation, som bevares efter regenerering eller behandling med varm damp, åbner nye muligheder for systemer lavet af platin- og silikatzeolitter som effektive og robuste heterogene katalysatorer til en række forskellige højtemperaturoxidationsscenarier.