Investigadores del Instituto de Tecnología Química han creado cristales metálicos con cinco y seis átomos que son estables en condiciones de alta temperatura. El nuevo material tiene aplicaciones industriales como catalizador para la producción de propileno, uno de los compuestos químicos más utilizados del mundo.
Científicos del Instituto de Tecnología Química, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Politécnica de Valencia, han desarrollado un nuevo catalizador zeolítico estable a altas temperaturas.
El hallazgo, publicado en la revista Nature Materials, podría tener aplicaciones industriales en la producción de propileno, uno de los compuestos químicos más utilizados del mundo y ya ha sido licenciado a una empresa.
Las zeolitas son materiales cristalinos con una estructura de pequeños poros regulares que permiten la entrada de moléculas en su interior. En función de la composición química y la topología de estos poros estructurales, permiten desarrollar distintas reacciones químicas.
Avelino Corma, autor principal del estudio, explica que “uno de los mayores retos a la hora de sintetizar zeolitas consiste en ubicar los sitios activos dentro de la estructura de poros y cavidades de distintas dimensiones de su estructura”.
“Cuando introducimos metales con propiedades catalíticas como el platino dentro de una zeolita, estos tienden a distribuirse aleatoriamente. Por eso, la ubicación selectiva de los sitios activos en un tipo específico de poro o cavidad es un desafío fundamental con importantes implicaciones para su aplicación catalítica”, añade.
Los investigadores se plantearon un triple reto que consistía en generar clústeres metálicos subnanométricos, que son pequeñas agrupaciones de pocos átomos, dentro de una zeolita; conseguir estabilizarlos controlando sus propiedades reactivas; y hacerlo todo en una zeolita MFI puramente silícea para evitar la presencia de ácidos en el material final.
“Los clústeres metálicos subnanométricos plantean el problema de la sinterización a altas temperatura, por encima de los 500 °C. Esto quiere decir que tienden a cohesionarse en bloques, lo que limita su aplicación catalítica. Por eso pensamos que las zeolitas podrían servir como un soporte ideal para estabilizar catalizadores metálicos subnanométricos”, aclara Corma.
Los científicos han conseguido situar en los canales sinusoidales de zeolitas MFI puramente silíceas clústeres subnanométricos de platino altamente estables. Y lo han demostrado mediante técnicas de microscopía electrónica de resolución y técnicas integradas de imagen de contraste de fase diferencial.
“Los catalizadores que hemos creado muestran una estabilidad, selectividad y actividad muy altas para la deshidrogenación del propano para formar propileno, que es un proceso con múltiples aplicaciones industriales. Y no sólo eso, pensamos que esta estrategia de estabilización también podría aplicarse a otros metales y otros materiales porosos cristalinos”, concluye Corma.
En este trabajo también han participado investigadores de la Universidad de Cádiz y del Synchrotron ALBA.
Referencia bibliográfica:
Lichen Liu, Miguel Lopez-Haro, Christian W. Lopes, Chengeng Li, Patricia Concepcion, Laura Simonelli, Jose J. Calvino y Avelino Corma. ‘Regioselective generation and reactivity control of subnanometric platinum clusters in zeolites for high-temperature catalysis’. Nature Materials DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-019-0412-6
