Investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València, han
desarrollado un catalizador zeolítico con clústeres subnanométricos de platino que es
más activo y estable a temperaturas de 650 ?C. El nuevo material podría tener
aplicaciones industriales en la deshidrogenación de propano para la producción de
propileno, uno de los compuestos químicos más utilizados del mundo. Los resultados
de la investigación, que aparecen publicados en la revista Nature Materials, han sido
licenciados 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, profesor de investigación del CSIC en el ITQ, 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”.
Los investigadores del ITQ se han planteado 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 del ITQ 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.
Lichen Liu, Miguel López-Haro, Christian W. Lopes, Chengeng Li, Patricia Concepción, 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
