La investigación en el ámbito de los catalizadores ha avanzado significativamente, especialmente en la conversión directa de gas de síntesis (syngas) en olefinas ligeras. Recientemente, un equipo de investigadores liderado por los profesores Bao Xinhe y Fu Qiang del Instituto de Física Química de Dalian de la Academia China de Ciencias ha hecho un hallazgo crucial en este campo. Este trabajo, publicado en Nature Communications, revela que las especies de ZnOx monodispersas, ancladas en la superficie del espinela ZnCr2O4, son los sitios activos clave para la conversión de syngas a olefinas ligeras.
La conversión de syngas, que es una mezcla de monóxido de carbono (CO) y hidrógeno (H2), en productos útiles como olefinas ligeras es un proceso industrial de gran relevancia. Sin embargo, la identificación de los sitios activos en los catalizadores ha sido un desafío debido a la complejidad estructural de los óxidos compuestos de ZnCrOx.
Descubrimiento de los sitios activos
Los investigadores demostraron que las partículas de ZnO, al ser mezcladas físicamente con partículas de ZnCr2O4 y tratadas en una atmósfera de syngas, sufren un proceso de reducción-evaporación-anclaje. Esto da lugar a la formación de especies de ZnOx monodispersas, distribuidas uniformemente en la superficie del espinela, hasta una carga de 16.0 % en peso (denotadas como ZnCr2O4@ZnOx).
La investigación muestra una correlación lineal entre la conversión de CO y la carga de ZnO en la superficie, confirmando que la sobrecapa de ZnOx es el sitio activo que puede activar de manera eficiente tanto el hidrógeno como el monóxido de carbono. Cuando se combina con la zeolita SAPO-34, el catalizador ZnCr2O4@ZnOx logró un rendimiento catalítico notable, con una conversión de CO del 64 % y una selectividad del 75 % hacia olefinas ligeras entre los hidrocarburos totales.
Además, la sobrecapa de ZnOx permaneció anclada de manera estable en la espinela ZnCr2O4, lo que inhibe la pérdida de Zn durante la reacción y mantiene una alta estabilidad durante más de 100 horas. Este hallazgo resalta un efecto significativo de confinamiento interfacial entre la superficie de la espinela y la sobrecapa de ZnOx, que estabiliza los sitios activos y potencia el rendimiento catalítico.
El profesor Fu destacó que este estudio proporciona una comprensión clara de cómo el confinamiento interfacial mejora la actividad catalítica y ofrece un nuevo enfoque para identificar los sitios activos en las superficies de catalizadores soportados.
Más información:
Xiaohui Feng et al., ZnOx overlayer confined on ZnCr2O4 spinel for direct syngas conversion to light olefins, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58951-8
