El tamaño de las partículas de Ni: Clave para activar CO2 y generar CO en la reforma

La apremiante necesidad de estrategias eficaces de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero ha intensificado el enfoque en la conversión de CO₂ y metano (CH₄) en productos químicos útiles como el gas de síntesis. La reacción de reformado seco del metano (DRM) es una vía prometedora para esta conversión. Sin embargo, la eficiencia de este proceso depende en gran medida del catalizador utilizado, siendo los catalizadores a base de Ni de particular interés debido a su actividad comparable a los metales preciosos y su viabilidad económica. Se sabe que el tamaño de las partículas del metal activo en estos catalizadores influye en su rendimiento, pero los mecanismos detallados que subyacen a esta dependencia del tamaño han sido esquivos.
Un grupo de investigación de Juntian Niu de la Universidad Tecnológica de Taiyuan estudió el impacto del tamaño de las partículas metálicas en la activación del CO₂ y la formación de CO dentro de la reacción DRM. Construyen modelos Nix/MgO (x = 13, 25, 37) para investigar las vías de activación e identificar cómo el tamaño de las partículas influye significativamente en la eficiencia de la reacción DRM y la resistencia del catalizador a la formación de carbono.
Los hallazgos revelan que el CO₂ tiene más probabilidades de sufrir quimisorción en Nix/MgO antes de la activación. A medida que el tamaño de la partícula varía, también lo hace la vía de activación principal del CO₂. Notablemente, el Ni13/MgO más pequeño favorece la disociación directa, mientras que las partículas más grandes, Ni25/MgO y Ni37/MgO, están más inclinadas hacia la disociación de hidrogenación. La oxidación de los átomos de carbono superficiales y CH se facilita más fácilmente en Ni25/MgO, lo que sugiere una resistencia superior a la formación de carbono en comparación con otros tamaños de partículas estudiados.
Los conocimientos teóricos de este estudio son fundamentales para el desarrollo de catalizadores a base de Ni altamente eficientes para la reacción DRM. Al comprender el papel del tamaño de las partículas de Ni, los investigadores pueden potencialmente mejorar el rendimiento y la estabilidad del catalizador, lo que contribuye a una utilización más eficaz de los gases de efecto invernadero y una producción de energía más limpia.