Oxidación preferencial de CO sobre catalizadores de Au/CeO₂ - Hernández Maldonado, José Alfredo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)
En 1984 se reportó que el oro, en forma de nanopartículas soportadas en NiO y αFe2O3, es altamente activo para oxidar CO a −70 °C. La relevancia que tiene la oxidación de CO a muy baja temperatura se relaciona con la posibilidad de aplicar estos catalizadores en la purificación del gas de reformado y así, ser útiles en la generación de energía eléctrica en celdas de combustible. Estas podrían ser utilizadas en vehículos eléctricos o en el desarrollo del transporte limpio. La oxidación preferencial de CO (PROX-CO) del gas de reformado, requiere un catalizador altamente activo (conversión > 99.5%) y selectivo (SCO2 > 50%) entre 80 y 125 °C, intervalo donde opera la celda de combustible, en una mezcla de 50% H2, 0.8 − 1% CO, 0.4 − 1% O2, 20 − 24% CO2, 2 − 10% H2O. Debido a esto, se han llevado acabo estudios con diferentes catalizadores y se ha observado desactivación, conversión y/o selectividad bajas inclusive en ausencia de CO2 y/o H2O. Recientemente se reportó un catalizador 5% Au/Fe2O3, el cual logró una conversión de 99.8% y selectividad de 51% a 80 °C. Con base en esto, el presente trabajo se enfocó al estudio del contenido de oro en catalizadores de Au/CeO2 (<1.4% en peso de oro) en la PROX-CO. Los resultados demuestran que la actividad catalítica depende del contenido de Au. En general, los catalizadores con bajo contenido de Au (menor a 0.6% en peso) son más activos y selectivos entre 100 y 130 o C, mientras que los que contienen más de 0.6 % en peso de Au presentan actividad importante a > 90 °C. Esto en ausencia de CO2 y H2O. Se demuestra que la presencia de H2O en la alimentación (0 − 10%) no afecta la actividad ni la selectividad de los catalizadores y que el CO2, actúa como inhibidor, ya que se adsorbe preferentemente en el catalizador, entre 80 y 125 °C, Se encontró también que, al aumentar la concentración de H2 en la alimentación disminuye la temperatura de ignición de la oxidación de CO, reduciendo así la oxidación de H2. La extraordinaria actividad que presentan los catalizadores Au/CeO2 con bajo contenido de oro está relacionada con las especies de Au presentes y las propiedades de la ceria (CeO2). Se presentan resultados que demuestran que en catalizadores con bajo contenido ocurre la expansión de la red de CeO2 y hay presencia de especies catiónicas de oro. Esto provoca un aumento pequeño en el área superficial. Los resultados de Raman demuestran la presencia de especies de superoxidos y peróxidos en CeO2, que participan en la PROX-CO. En estos catalizadores, el oro permite la difusión de oxígeno en la superficie de CeO2 a baja temperatura. En los catalizadores con mayor contenido de oro, la expansión de la red de CeO2 es menor, detectándose además la presencia de nanopartículas de oro en la superficie del soporte; no se observó la presencia de especies de peróxidos y superóxidos, es decir, la difusión de oxígeno es menor en comparación con los catalizadores con bajo contenido de oro.