Factors influencing the charge distribution on PdxPty bimetallic nanoparticles

Factores que influyen en la distribución de carga en nanopartículas bimetálicas de PdxPty

Se  llevó  a  cabo  la  simulación  del  comportamiento  electrónico  de  nanopartículas  bimetálicas  de  Pd-Pt  mediante cálculos mecanocuánticos, utilizando la teoría del funcional de densidad, con el fin de predecir la influencia en dicho comportamiento, de factores como el tamaño y la composición estequiométrica de  la  nanopartícula.  Al  considerar  nanopartículas  con  carga  neutra,  se  encontró,  mediante  el  análisis  de  cargas  de  Bader  que  los  átomos  externos  de  Pd  presentan  una  carga  positiva,  lo  cual  concuerda  con análisis experimentales mediante XPS de catalizadores de Pd-Pt soportados. De las simulaciones, se encontró que las nanopartículas exhiben una transferencia de carga del Pd al Pt. Este resultado da crédito a la idea que especies electrodeficientes de Pd son las responsables de la función hidrogenante, de estos catalizadores, en la hidrodesulfuración del dibenzotiofeno. También se encontró que la influencia del tamaño de la nanopartícula no afecta la distribución electrónica, y que la composición estequiométrica es el factor que más influye en dicha propiedad de las nanopartículas.

Introducción

Los catalizadores heterogéneos que suelen consistir en nanopartículas metálicas dispersas apoyadas en materiales porosos como los óxidos metálicos han llamado la atención para conocer mejor su estructura y propiedades electrónicas. A diferencia de las nanopartículas monometálicas, las nanopartículas bimetálicas muestran una mejora significativa en la actividad, selectividad, estabilidad y prevención del envenenamiento en las reacciones de oxidación, hidrogenación e hidrodesulfuración (HDS), debido a los efectos sinérgicos, geométricos y electrónicos, y/o a los sitios mixtos que pueden ser alterados dependiendo del método de preparación. Se ha observado un comportamiento diferente y ocasionalmente mejorado, incluso si el segundo metal muestra una actividad catalítica pobre, debido a la influencia mutua de los diferentes átomos vecinos que participan en las complejas interacciones metal-metal y metal-soporte. Además, es bien sabido que la adición de una segunda especie metálica afecta a la densidad electrónica y, por tanto, a los fenómenos de adsorción/desorción de reactivos o compuestos intermedios. Dependiendo de la afinidad electrónica del segundo metal añadido, el comportamiento catalítico se vería potenciado o no.

Las nanopartículas bimetálicas soportadas, como el Pd-Pt/γ-Al₂O₃, han sido ampliamente investigadas como catalizadores para la HDS de los dibenzotiofenos (DBT), y para la oxidación del metano. En la HDS de los DBT, se observó una selectividad significativamente mejorada hacia la vía de hidrogenación de la desulfuración a una relación molar Pd/(Pt+Pd) de 0,8.