Sistemas catalíticos basados en nanopartículas de Ni-Co para la obtención de hidrógeno

ROMERO CASTRO, LETICIA; VILLAGRAN OLIVARES, ALEJANDRA CATALINA; MORENO, SERGIO; BARROSO, MARIANA N.

Encuentro; Nano 2022 XXI Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2022

El desarrollo de catalizadores para producir hidrógeno, mediante el reformado de alcoholes, continúa bajo estudio en vistas de un futuro sustentable. En este contexto, la deposición o generación de nanopartículas metálicas (NPs) en los sistemas catalíticos permite obtener materiales más resistentes a la desactivación por deposición de carbono o sinterizado [1]. Existen numerosos métodos para la obtención de NPs, siendo el sol-gel uno de los más atractivos debido al bajo costo de los reactivos utilizados, a la capacidad de producir nanopartículas uniformes y reproducibles, generando así una dispersión homogénea de la fase activa [2]. En este trabajo se prepararon catalizadores bimetálicos de Ni (8% p/p) y Co (3 y 5 % p/p) soportados en MgAl2O4-CeO2 (MC), utilizando el método sol-gel (Co3Ni/MC y Co5Ni/MC, respectivamente), se analizó la influencia del contenido de cobalto y la resistencia a la deposición de carbono luego de ser evaluados en la reacción de reformado de etanol con vapor de agua. La incorporación de Ni en los sistemas catalíticos, fue realizada empleando una solución acuosa de nitrato de níquel (Ni(NO3)2.6H2O) en presencia de ácido cítrico como agente quelante (relación molar Ni/C6H8O7.H2O = 1:2). Luego el precursor seco conteniendo Ni fue impregnado con una solución acuosa de nitrato de cobalto (Co(NO3)2.6H2O). Finalmente, los sólidos se calcinaron en atmósfera reductora a fin de obtener las fases metálicas de Ni y/o Co. La superficie específica de las muestras, así como el volumen y diámetro de poro resultaron similares, indicando que el contenido de cobalto y la metodología de impregnación no provoca cambios importantes. Los patrones de difracción de rayos X de las muestras calcinadas revelaron la presencia de las fases MgAl2O4 y CeO2, pero no se observaron claramente reflexiones de las fases metálicas correspondientes a Ni0, Co0 o alguna aleación. Los perfiles de reducción térmica programada fueron similares, con un pequeño consumo de hidrógeno asociado a la reducción superficial y/o bulk de la ceria, indicando un bajo grado de oxidación por la manipulación de las muestras al aire. El análisis por TEM y EELS para la muestra Co5Ni/MC mostró la presencia de nanopartículas de Co y Ni con un tamaño menor a 20 nm. Los espectros de XPS de ambas muestras revelaron la presencia de Co0 y Ni0. Además, en la región de Ce 3d, se observaron los picos correspondientes a Ce4+ y Ce3+, presentando una mayor relación Ce3+/Ce4+ el sistema Co3Ni/MC. Es conocido que esta cupla redox participa en las reacciones de remoción de carbono y su presencia incrementa la tolerancia a la deposición de carbono [3]. Los catalizadores fueron muy activos en la reacción de reformado con vapor de etanol. A 650 °C, durante 7 h de operación, los principales productos fueron H2, CO2, CO y en pequeñas cantidades CH4, con selectividades a H2 superiores al 80 %. El sistema Co3Ni/MC presentó la menor deposición de carbono, asociándose este comportamiento a la mayor proporción de Ce3+ observada por XPS y a una adecuada interacción entre las nanopartículas de fases activas y el soporte.