Catálisis basada en el uso de nanomateriales
La búsqueda de nuevos materiales catalíticos nanoestructurados y la mejora de los convencionales han dependido, de manera considerable, de la realización de experimentos de ensayo y error, cuyo elevado coste provoca que los catalizadores suelan caracterizarse solo en cuanto a su reactividad, selectividad y estabilidad. Se sabe poco sobre la estructura a escala atómica o sobre el principio de funcionamiento de los catalizadores. El proyecto NANO-DESIGN (Computation-driven rational design of MoSx-based desulphurization nanocatalysts), financiado con fondos europeos, se propuso cubrir este vacío mediante el desarrollo de potentes herramientas de caracterización de los catalizadores. A fin de estudiar la catálisis a nivel básico, el equipo investigador empleó una metodología computacional innovadora basada en la teoría del funcional de la densidad (DFT), además de desarrollar y optimizar modelos computacionales representativos de las catálisis heterogéneas de sulfuro de molibdeno (MoSx). Se obtuvieron imágenes con un microscopio de efecto túnel (STM) sintético para todos los modelos, algunos de los cuales fueron seleccionados y sus energías de unión núcleo-electrón calculadas, lo que proporcionó resultados que el equipo del proyecto NANO-DESIGN utilizó para conocer mejor los datos de los sistemas catalíticos obtenidos con el STM experimental y la espectrometría de fotoemisión por rayos X (XPS). El equipo investigador concluyó que las zonas activas en los extremos del MoSx estratificado resultan cruciales para entender y mejorar los catalizadores heterogéneos. Además, es necesario vigilar exhaustivamente su evolución mediante experimentos XPS realizados en condiciones reales. Los miembros del proyecto, tras emplear cálculos DFT para evaluar la idoneidad de los catalizadores MoSx en el proceso de desulfuración de los gases de combustión, determinaron que las nanopartículas MoSx tienen propiedades químicas no uniformes en las zonas extremas, mientras que su reactividad varía en función de la distancia a las esquinas de las nanopartículas. Las conclusiones del proyecto NANO-DESIGN revelan la importancia de las zonas activas en el funcionamiento de los catalizadores a base de MoSx, así como la necesidad de disponer de modelos explícitos de nanopartículas en las simulaciones de catálisis. Aún más importante, las nuevas herramientas de caracterización de catalizadores prometen allanar el camino para un diseño más racional de los catalizadores empleados en la desulfuración de gases de combustión.
Palabras clave
Nanotecnología, NANO-DESIGN, modelos computacionales, teoría del funcional de la densidad, catalizadores heterogéneos
