Estudio de propiedades superficiales de CuGaO2

MARTA V. BOSCO; GUSTAVO E. MURGIDA; ESTEBAN L. FORNERO; FLORENCIA CALAZA; JUAN C. HERNÁNDEZ GARRIDO; M. VERÓNICA GANDUGLIA-PIROVANO; ADRIAN L. BONIVARDI

Congreso; XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2021

Introducción. Existe consenso acerca del rol preponderante del Cu+ en una diversidad de reacciones catalíticas heterogéneas (e.g., síntesis de metanol [1], oxidación de HCl [2] y oxidación de CO [3], entre otras), catión difícil de estabilizar en la superficie. Una excepción promisoria para estabilizar Cu+ podría brindarla la familia de las delafositas (de formula general A+B3+O2, A= Cu), escasamente estudiada en catálisis heterogénea. Inspirados en la notoria estabilidad lograda por algunos de nosotros en catalizadores de Cu/Ga2O3/ZrO2 para la síntesis de metanol a partir de CO2 [1], en este trabajo se presentan los resultados de la síntesis, caracterización detallada (mediante HRTEM, XRD, XPS y FTIR) de delafosita cuprosa de galio (CuGaO2) y su reactividad en la oxidación de CO. Además, se modeló por DFT la adsorción de CO sobre la superficie CuGaO2(110) mediante las aproximaciones GGA+U y HSE.Resultados. XRD de CuGaO2 preparada por síntesis hidrotérmica con microondas, reveló sólo la fase cristalina romboédrica propia de delafosita, sin observarse cambios de fase luego de tratamientos de oxidación (20 %O2/Ar, 573 K) o reducción (H2, 553 K). XPS confirmó la prevalencia de Cu+ en la superficie. El análisis estructural y composicional por HAADF-STEM y EDS-STEM de CuGaO2 mostró la formación de nanoplacas hexagonales porosas con una distribución de Cu, Ga y O homogénea propia de la estructura cristalina de delafosita. Mientras que las caras de dichas nanoplacas expusieron solo cationes Ga3+, los bordes fueron típicos de CuGaO2(110), dejando expuestos Cu+ y Ga3+. La adsorción de CO sobre CuGaO2 seguida por FTIR a temperatura ambiente, indicó la presencia de dos bandas (2122 y 2112 cm-1) típicas de CO sobre sitios Cu+. Los cálculos DFT en CuGaO2(110) indicaron la presencia de diferentes posibilidades de absorción de CO tanto sobre Cu+ como Ga3+. El análisis de estabilidad, distancias y órdenes de enlace y frecuencias de vibración correlacionados con los resultados experimentales de IR, sugieren que bajo nuestras condiciones experimentales prevalece la adsorción de dos estructuras de CO lineal sobre Cu+.Por último, CuGaO2 fue más activa y estable frente a la oxidación de CO comparado con Cu/SiO2 y Cu/Ga2O3, empleados como catalizadores de referencia.Conclusiones. CuGaO2 es un material nanoestructurado promisorio para reacciones donde el Cu+, presente en toda la estructura, puede estabilizarse en la superficie.Referencias1)Sanguineti et al., Appl. Catal. A: Gen., 2015, 504, 476-481.2)Mondelli et al., Chem. Comm., 2011, 47, 7173-71-75.3)Xu et al., J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 15902−15909.