Lista de catalizadores metálicos
ResumenLa reducción del tamaño de las nanopartículas metálicas hasta el nivel de un átomo se ha perseguido activamente para maximizar el uso de metales preciosos. Recientemente, los catalizadores monoatómicos, en los que todos los átomos metálicos están aislados en un soporte con una dispersión del 100%, han recibido mucha atención. Sin embargo, la falta de sitios de ensamblaje impide que se produzcan valiosas reacciones superficiales que requieren la proximidad del metal. Aquí presentamos catalizadores de conjunto de metales (Pt, Pd y Rh) con un 100% de dispersión y un estado superficial metálico reducido. Más concretamente, se anclaron partículas de nanoceria en sitios Al3+penta de γ-alúmina activada, y después se depositó y redujo el metal. Los catalizadores ensamblados son muy duraderos: su estructura se mantuvo incluso tras envejecimiento hidrotérmico a 900 °C durante 24 h o tras reacción a largo plazo. Estos catalizadores presentan una actividad y una durabilidad superiores para las reacciones catalíticas de tres vías y pueden aportar información más allá de los catalizadores de un solo átomo para la catálisis heterogénea.
Fig. 1: Preparación de los catalizadores de conjunto metálico y las caracterizaciones espectroscópicas.Fig. 2: Caracterizaciones microscópicas de los ESCs.Fig. 3: Propiedades electrónicas de los ESCs y SACs.Fig. 4: Rendimiento catalítico para la reacción TWC.Fig. 5: Cambios en las estructuras metálicas de los ESCs después de las pruebas de durabilidad.
Catalizador metálico en química orgánica
Un antiguo problema de la química ha sido encontrar catalizadores que permitan a las moléculas distinguir entre las dos caras de los productos intermedios de reacción llamados carbocationes. Se ha encontrado una manera de resolver el problema. Ver Carta p.245
En los últimos 100 años se han producido descubrimientos notables que han hecho avanzar enormemente el uso sintético de los alquenos, hidrocarburos simples que contienen dobles enlaces carbono-carbono (enlaces C=C). Como resultado, los alquenos se encuentran entre los componentes básicos más utilizados para fabricar moléculas orgánicas. Las reacciones de los alquenos con catalizadores metálicos han sido un campo de investigación fructífero que ha dado lugar a la concesión de tres premios Nobel de Química1 desde 2001. Pero en este número (página 245), Toste y sus colegas2 presentan un tipo muy distinto de catalizador para una reacción de alqueno. Han utilizado una pequeña molécula orgánica para catalizar la unión de grupos químicos que contienen nitrógeno a dienos, compuestos que contienen dos enlaces C=C. Los productos resultantes, moléculas cíclicas denominadas pirrolidinas, se encuentran ampliamente en moléculas biológicamente activas, por lo que podrían ser especialmente útiles en programas de descubrimiento de fármacos.
Ejemplos de catalizadores metálicos
Los catalizadores limpian las emisiones de los vehículos de gasolina y diésel utilizando catalizadores metálicos que suelen contener platino, paladio y rodio. Estos catalizadores se presentan en forma de nanopartículas, recubiertas sobre un sustrato o «ladrillo». La química de los catalizadores depende de si el motor es de gasolina o diésel: cada uno necesita un sistema de catalizador distinto.
Los motores diésel suelen funcionar con poco combustible (más aire que combustible), por lo que un catalizador automático diésel suele funcionar como catalizador de oxidación (por eso se conoce como catalizador de oxidación diésel o DOC) y reduce las emisiones de CO y HC en más de un 90%.
Esto permite un control eficaz de las emisiones de arranque en frío hasta que el catalizador SCR es totalmente eficaz. Un motor diesel funciona con poco combustible (rico en aire), pero el NSC reduce el NOx a N2 mediante una purga de combustible rico / aire pobre que también regenera el NSC.
La aplicación de un revestimiento catalizador como un DOC a un filtro de partículas diésel (DPF) crea el producto CSF para reducir las partículas diésel y ayudar a controlar las emisiones gaseosas. El filtro de partículas diésel (DPF) elimina las partículas de los gases de escape diésel mediante filtración física.
¿Cuánto valen los metales de un catalizador?
Los robos de catalizadores han ido en aumento en los últimos años y no muestran signos de desaceleración, ya que los precios de los metales preciosos que contienen continúan disparándose. Según la National Insurance Crime Bureau, los robos de convertidores catalíticos experimentaron un increíble aumento del 325% de 2019 a 2020. Gran parte de ello puede estar relacionado con el estado de las cadenas de suministro globales y los precios de los metales previos que permiten que un convertidor catalítico funcione.
Los convertidores catalíticos son dispositivos con forma de silenciador que forman parte del sistema de escape que eliminan los contaminantes nocivos de las emisiones de los motores. El interior de un catalizador contiene una estructura en forma de panal que está recubierta de metales preciosos y esos metales preciosos actúan como catalizador para descomponer esos contaminantes nocivos y convertirlos en emisiones menos dañinas. (Los motores emiten gases nocivos como hidrógeno, monóxido de carbono y óxido de nitrógeno, y el proceso catalizador del interior de un catalizador los convierte en sustancias menos nocivas como agua, dióxido de carbono y nitrógeno.