Native Platinum nugget, ort Kondyor gruva, Khabarovsk Krai, Ryssland. Kredit:Wikipedia.
Mycket spridda platinakatalysatorer ger nya möjligheter för industriprocesser, som den flamfria förbränningen av metan, propan, eller kolmonoxid, som har färre utsläpp och är mer resurseffektiv och konsekvent än konventionell förbränning. I journalen Angewandte Chemie , ett team av forskare rapporterar om vilka platina-arter som är aktiva vid högtemperaturoxidationer och vilka förändringar de kan genomgå under processen-viktiga förutsättningar för optimering av katalysatorer.
Enskilda metallatomer och kluster som endast består av ett fåtal metallatomer har intressanta katalytiska egenskaper som bestäms av den exakta naturen hos den aktiva metallarten. Vanligtvis, dessa är starkt dispergerade och avsatta på en bärare såsom zeolit, vilket är en porös silikatstruktur som också spelar en roll i egenskaperna hos en katalysator. Även den minsta förändringen i de aktiva centran kan drastiskt minska effektiviteten hos en katalysator. Till exempel, Ädelmetaller som platina tenderar att bli permanent inaktiverade genom sintring under svåra förhållanden.
Vilka specifika platina-arter som spelar en roll vid högtemperaturoxidationer är svårt att avgöra, dock, eftersom ett betydande antal sådana arter inte lätt kan erhållas utan inblandning av deras stöd i katalysen. Ett team ledd av Pedro Serna (ExxonMobil Research and Engineering Co., New Jersey, USA), samt Manuel Moliner och Avelino Corma (Universitat Politècnica de València, Spanien) undersökte beteendet hos enskilda platinaatomer och små platinakluster på speciella CHA-zeoliter, som är icke-reducerbara stöd som kan stabilisera dessa arter mycket bra.
Deras första experiment var en undersökning av att klyva O( 2 ) med två olika typer av isotopiskt rena syremolekyler, ( 16 )O( 2 ) och ( 18 )O( 2 ). Ju aktivare katalysatorn är, desto mer blandat ( 16 )O( 18 )O-molekyler bildas vid rekombination av de dissocierade atomerna. Det visades att platinakluster på under en nanometer är betydligt mer aktiva än enskilda atomer eller större kluster. Dock, vid måttliga temperaturer (200 ° C) faller de små klungorna sönder med tiden till individuella platinaatomer och den katalytiska aktiviteten för klyvning av syre slutar.
I kontrast, teamet fann att för oxidation av alkaner, som metan, vid högre temperaturer, den katalytiska förbränningen utfördes av individuella platinaatomer. Dessa bildas in situ i syreströmmen från de initiala klustren, såsom visades genom röntgenabsorptionsspektroskopi och genom elektronmikroskopi. Det kritiska steget i dessa oxidationer är inte splittringen av O( 2 ) men brytningen av CH-bindningar, vilket är mindre känsligt för förändringar i strukturen på den aktiva webbplatsen.
För oxidation av CO, katalysen domineras av platinakluster. Individuella platinaatomer kan inte stabiliseras i CO-strömmen, och sålunda, spelar ingen roll. I jämförelse med stöd gjorda av aluminiumoxid, CHA-zeoliten gav högre aktivitet och större stabilitet hos platinaklustren i närvaro av CO.
Den höga stabiliteten hos individuella platinaatomer för metanförbränning och hos små platinakluster för CO-oxidation, som bibehålls efter regenerering eller behandling med het ånga, öppnar nya möjligheter för system tillverkade av platina- och silikatzeoliter som effektiva och robusta heterogena katalysatorer för en mängd olika scenarier för högtemperaturoxidation.
