Diseño racional de catalizadores nanoestructurados metal/CeO2 para la producción de hidrógeno

Abstract

Cada día es mayor la necesidad de encontrar combustibles alternativos al petróleo. Una de las grandes apuestas de la comunidad científica es el hidrógeno. Dentro de las muchas alternativas de obtenerlo, la reacción de reformado de etanol (ESR) supone una de las mejores alternativas a corto-medio plazo, ya que el etanol puede obtenerse mediante bioprocesado de biomasa y se generan hasta seis moléculas de hidrógeno, por cada molécula convertida. Además, son necesarios procesos, como la reacción de oxidación preferencial de CO en presencia de hidrógeno (CO-PROX), para purificar el hidrógeno obtenido y poder emplearlo en pilas de combustible, evitando el envenenamiento de los electrodos con CO, subproducto en algunas de las reacciones de obtención de hidrógeno. Estos dos procesos tienen en común que los catalizadores soportados sobre CeO2 resultan ser muy activos y/o selectivos. Conocer la estructura a escala nanométrica de los catalizadores es imprescindible para poder establecer correlaciones actividad/estructura de la forma más precisa posible. Además, en los últimos años, se ha visto que la presencia del soporte en el catalizador juega un papel importante, ya que no actúa como un mero espectador. En el presente trabajo se sintetizaron distintas nanoformas de CeO2 (cubos, varillas, octaedros y esferas) con caras expuestas conocidas (111), (110) y/o (100), dependiendo del caso, con el fin de realizar su estudio y caracterización de forma aislada o con un metal impregnado (Ni y Cu, metales activos para ESR y CO-PROX, respectivamente). El objetivo principal es disponer de estructuras diferentes en las interfases metal/soporte que permitan obtener diferentes comportamientos catalíticos para los procesos mencionados y como forma de optimizar los mismos. Para conseguir estos objetivos, se realizó la caracterización de los soportes y catalizadores por distintas técnicas: DRX, TEM, estudio de propiedades texturales (SBET), espectroscopía Raman, XPS, TPR, DRIFTS. Además, con el fin de conocer mejor las superficies, se realizaron modelos teóricos de las superficies (111), (110) y (100) de CeO2 para estudiar algunas de sus propiedades, como la formación de defectos o la adsorción de moléculas de etanol y CO, en algunos casos en presencia de un átomo de Ni o Cu. Los datos de la caracterización multitécnica y el apoyo mediante modelos teóricos se usan como base para explicar los resultados de actividad catalítica para los procesos mencionados.