Notizia

Aug 11, 2023

Indagine sull'evoluzione del Pd

Nature Communications volume

Nature Communications volume 13, numero articolo: 5080 (2022) Citare questo articolo

3965 accessi

5 citazioni

53 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Trattare in modo efficiente le emissioni di metano nei trasporti rimane una sfida. Qui, indaghiamo catalizzatori mono e bimetallici supportati da ceria di palladio e platino sintetizzati mediante macinazione meccanica e mediante impregnazione tradizionale per l'ossidazione totale del metano in condizioni asciutte e umide, riproducendo quelli presenti negli scarichi dei veicoli a gas naturale. Applicando un kit di tecniche di sincrotrone in situ (diffrazione di raggi X, assorbimento di raggi X e spettroscopia fotoelettronica a pressione ambiente), insieme alla microscopia elettronica a trasmissione, mostriamo che il metodo di sintesi influenza notevolmente l'interazione e la struttura su scala nanometrica. I nostri risultati rivelano che i componenti dei catalizzatori macinati hanno una maggiore capacità di trasformare il Pd metallico in specie di ossido di Pd che interagiscono fortemente con il supporto e di ottenere un rapporto PdO/Pd modulato rispetto ai catalizzatori sintetizzati tradizionalmente. Dimostriamo che le strutture uniche ottenute dalla macinazione sono fondamentali per l'attività catalitica e sono correlate con una maggiore conversione del metano e una maggiore stabilità nell'alimentazione umida.

I materiali a base di palladio-platino, da soli o in combinazione con Rh, rappresentano i catalizzatori di avanguardia per diversi sistemi di post-trattamento degli scarichi da fonti mobili1,2,3,4. Formulazioni bimetalliche contenenti Pd e Pt vengono utilizzate sui veicoli alimentati a gas naturale (NGV) per l'abbattimento del metano incombusto5,6,7, un potente gas serra con un potenziale di riscaldamento globale pari a 86 volte quello della CO2 su un periodo di 20 anni. periodo, e 34 volte superiore su un orizzonte di 100 anni8. A causa della crescita esponenziale dei veicoli a metano negli ultimi anni, favorita anche dall’aumento dei veicoli alimentati a gas naturale rinnovabile9,10, affrontare e ridurre le emissioni di metano nell’atmosfera è diventato una preoccupazione crescente e l’ottimizzazione del sistema catalitico ha ha suscitato un crescente interesse7,11,12. L'aggiunta di platino ai catalizzatori a base di Pd, ampiamente riconosciuti come i più attivi per l'ossidazione del metano, si è rivelata efficace nel migliorare la stabilità del catalizzatore contro l'avvelenamento da zolfo13,14,15 e la disattivazione indotta dall'elevato contenuto di vapore presente nel catalizzatore. scarichi16,17,18,19.

Negli ultimi anni sono stati compiuti molti sforzi per identificare il ruolo del platino sull'attività e sulla stabilità del catalizzatore. La stragrande maggioranza dei risultati è stata ottenuta utilizzando strumenti ex situ. Tuttavia, identificare gli attuali siti attivi funzionanti e comprenderne l'evoluzione richiede tecniche in situ e operando20,21. A questo proposito, utilizzando la spettroscopia di assorbimento di raggi X a struttura fine (XAFS) in situ, è stato osservato che l'ossidazione del Pd è un prerequisito per l'attività di combustione del CH422. La migliore attività dei catalizzatori bimetallici Pd-Pt in condizioni umide è stata parallela a una mancanza di ossigeno superficiale, che non si è verificata con un'alimentazione secca magra di metano, dove l'ossigeno ha avvelenato il Pt23. In condizioni di combustione magra di CH4 a bassa temperatura, si è anche scoperto che mentre un catalizzatore monometallico Pd era completamente ossidato tra 473 e 773 K, un catalizzatore Pd-Pt (rapporto Pd:Pt 2:1) mostrava la coesistenza di Pd e PdO sotto la temperatura stesso intervallo di temperatura. Ciò indicava che il Pt promuoveva la formazione di una fase ridotta di Pd, considerata meno attiva del PdO per la combustione del metano24. Mediante XAFS in situ, è stata seguita l'evoluzione di un catalizzatore bimetallico PtPd, valutando la sua maggiore stabilità alla sinterizzazione rispetto a un campione contenente solo Pd grazie alla formazione di una struttura core-shell25. Un recente studio di spettroscopia fotoelettronica a raggi X (AP-XPS) a pressione quasi ambiente ha dimostrato che, in condizioni magre, il Pd tende ad essere completamente ossidato rendendo meno chiaro il contributo del platino sull'attività catalitica rispetto al comportamento in condizioni stechiometriche, dove il catalizzatore bimetallico mostra una temperatura di light-off inferiore attribuita alla coesistenza di Pd2+ e Pd0 promossa dalla presenza di Pt26. In precedenza, mediante XPS in situ, era stato determinato che la frazione superficiale di Pd2+ dipendeva dal contenuto di Pt27. Nonostante alcune apparenti contraddizioni nei risultati, probabilmente dovute a diverse condizioni sperimentali, rapporti Pd:Pt e contenuto di ossigeno, tutti questi lavori concordano sul forte effetto del platino sullo stato elettronico del Pd e, di conseguenza, sulle proprietà catalitiche.