Barroso Bogeat, Adrián

Blanco, Ginesa

Pintado Caña, José María

Pérez Sagasti, Juan José

Spanish

Revistas Científicas de la Universidad de Cádiz

12 Boletín B-IMEYMAT 2-2020PROYECTOS IMEYMAT 2019Desde el comienzo de la Revolución Industrial, los com-bustibles fósiles ricos en carbono (carbón, petróleo y gas natural) se han convertido en materias primas esenciales para la producción no sólo de energía, sino también de productos químicos. A pesar de los benef icios medioam-bientales y los crecientes incentivos económicos asocia-dos con su sustitución, se prevé que estos combustibles continúen como la principal fuente de energía primaria a corto y medio plazo. Este empleo continuado, junto con la ef iciencia todavía baja de la mayoría de procesos energéticos, han causado un incremento progresivo en los niveles atmosféricos de dióxido de carbono (CO2), prin-cipal gas de efecto invernadero, durante los dos últimos siglos y, especialmente, en la segunda mitad del siglo XX. Tal incremento se considera como la principal causa del calentamiento global del planeta y, por tanto, del cambio climático y sus efectos devastadores.Ante este escenario, la reducción de las emisiones globa-les de CO2 se ha convertido en un problema medioam-biental de gran preocupación, así como en un reto para la comunidad científ ica internacional. Entre las estrategias y tecnologías propuestas para lograr este objetivo destaca la conversión del CO2 en productos de alto valor añadido, tales como combustibles, mediante el uso de catalizadores apropiados, dada la enorme estabilidad química de esta molécula y, en consecuencia, su limitada reactividad. En este caso, la denominada reacción de metanación repre-senta la opción más ventajosa, puesto que permite ob-tener metano (CH4), susceptible de ser empleado como «gas natural sintético».CO2(g) + 4 H2(g) → CH4(g) + 2 H2O(g)Un gran número de catalizadores basados en metales no-ESTUDIO NAP-XPS DE LA REDUCCIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO SOBRE CATALIZADORES NANOESTRUCTURADOS BASADOS EN CERIAFigura 1. Fotografía de una pastilla autosoportada, preparada a partir de uno de los catalizadores  nanoestructurados estudiados, situada en el portamuestras dentro de la cáma-ra de análisis durante uno de los experimentos NAP-XPS realizados.Barroso. A., Blanco. G., Perez-Sagasti. J.J, Pintado. J.M. Equipo de investigación Química de Sólidos y Catálisis, Instituto IMEYMAT, Universidad de Cádiz.Boletín B-IMEYMAT 2-2020 13PROYECTOS IMEYMAT 2019bles y de transición soportados sobre diversos óxidos han sido propuestos para su uso en esta reacción. Entre ellos, los catalizadores de níquel soportado sobre óxidos redu-cibles, como la ceria (CeO2), han sido extensamente estu-diados. Estos sistemas actúan como catalizadores duales, es decir, el soporte de ceria permite activar la molécula de CO2 (es decir, «aumentar su reactividad»), mientras que el níquel se encarga de disociar la molécula de hidrógeno (H2), es decir, separar sus dos átomos constituyentes al objeto de que puedan reaccionar con la molécula de CO2 activada, proceso que ocurre en la interfase metal-sopor-te. Sin embargo, aún existe una cierta controversia sobre el mecanismo exacto a través del cual se produce la acti-vación antes mencionada y la posterior reacción con los átomos de hidrógeno.Así, en este proyecto se ha investigado en detalle el me-canismo de la reacción de metanación de CO2 sobre dos catalizadores de níquel (5% en peso) soportado sobre nanocubos de ceria y modif icados en superf icie con una capa de praseodimia (PrOx) de espesor nanométrico. Se ha optado por emplear como soporte ceria nanoestruc-turada, en forma de cubos con una arista promedio de 50 nm, debido a la mayor reactividad de los planos cris-talográf icos que limitan sus caras y a su mayor relación superf icie/volumen en comparación con polvos de ceria convencionales sin ningún tipo de control morfológico. Por su parte, la incorporación de la capa ultraf ina de PrOx pretende mejorar tanto la reducibilidad como la ba-sicidad superf icial de los nanocubos de ceria pura, ambas propiedades consideradas clave para lograr una activación efectiva de la molécula de CO2.Para abordar el proyecto propuesto se ha empleado la técnica de espectroscopía fotoelectrónica de rayos X en condiciones ambientales (NAP-XPS, por sus siglas en in-glés), disponible en la línea CIRCE del sincrotrón ALBA (Cerdanyola del Vallès, Barcelona), instalaciones catalo-gadas como Infraestructura Científ ica y Técnica Singular (ICTS) por el Ministerio de Ciencia e Innovación. Esta técnica permite analizar en detalle los cambios produci-dos tanto en la composición química como en el entorno químico de los elementos presentes a nivel de superf icie de los materiales, hasta una profundidad máxima de unos pocos nanómetros, bajo condiciones de reacción. Por tanto, se considera una técnica adecuada para estudiar la interacción de ambos reactivos, H2 y CO2, con la superf i-cie de los catalizadores nanoestructurados, revelando los posibles intermedios de reacción formados, tales como especies carbonato, hidrógenocarbonato o formiato. Asi-mismo, también proporciona información relativa al es-tado de oxidación de los átomos de níquel en superf icie que, de acuerdo con la bibliograf ía, podría encontrarse estrechamente relacionado con la actividad y selectividad del catalizador en la reacción de metanación.“en este proyecto se ha investigado en detalle el mecanismo de la reacción de metanación de CO2 sobre dos catalizadores de níquel soportado sobre nanocubos de ceria”El Dr. Adrián Barroso se licenció en Química en 2010 por la Universidad de Extremadura, concluyó el Máster de Contaminación Ambiental en 2012 en esta misma Universidad, donde en 2015 recibiría su doctorado en Ciencia y Tecnología Química con la calificación de sobresaliente “cum laude”, siendo galardonado además con el Premio Extraordinario de Doctorado y el Premio a la Investigación 2016 de la Real Academia de Doctores de España en el área de Ciencias Experimentales y Tecnológicas.

Estudio NAP-XPS de la reducción de dióxido de carbono sobre catalizadores nanoestructurados basados en ceria

https://revistas.uca.es/index.php/b-imeymat/article/download/7317/7270

Estudio NAP-XPS de la reducción de dióxido de carbono sobre catalizadores nanoestructurados basados en ceria

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistas Científicas de la Universidad de Cádiz