Pepita di platino nativa, località Kondyor miniera, Khabarovsk Krai, Russia. Credito:Wikipedia.
I catalizzatori al platino altamente dispersi offrono nuove possibilità per i processi industriali, come la combustione senza fiamma del metano, propano, o monossido di carbonio, che ha meno emissioni ed è più efficiente in termini di risorse e coerente rispetto alla combustione convenzionale. Nel diario Angewandte Chemie , un team di ricercatori riporta quali specie di platino sono attive nelle ossidazioni ad alta temperatura e quali cambiamenti possono subire nel corso del processo, prerequisiti importanti per l'ottimizzazione dei catalizzatori.
I singoli atomi di metallo e i cluster costituiti solo da pochi atomi di metallo hanno interessanti proprietà catalitiche determinate dall'esatta natura delle specie metalliche attive. Generalmente, questi sono altamente dispersi e si depositano su un supporto come zeolite, che è una struttura a struttura porosa di silicato che svolge anche un ruolo nelle caratteristiche di un catalizzatore. Anche il più piccolo cambiamento nei centri attivi può ridurre drasticamente l'efficienza di un catalizzatore. Per esempio, i metalli nobili come il platino tendono a disattivarsi permanentemente attraverso la sinterizzazione in condizioni difficili.
Quale specie specifica di platino svolga un ruolo nelle ossidazioni ad alta temperatura è difficile da determinare, però, perché un numero significativo di tali specie non può essere facilmente ottenuto senza il coinvolgimento del loro supporto nella catalisi. Un team guidato da Pedro Serna (ExxonMobil Research and Engineering Co., New Jersey, NOI.), così come Manuel Moliner e Avelino Corma (Universitat Politècnica de València, Spagna) ha studiato il comportamento di singoli atomi di platino e piccoli cluster di platino su speciali zeoliti CHA, che sono supporti non riducibili che possono stabilizzare molto bene queste specie.
Il loro primo esperimento fu un'indagine sulla scissione di O( 2 ) utilizzando due diversi tipi di molecole di ossigeno isotopicamente puro, ( 16 )O( 2 ) e ( 18 )O( 2 ). Più attivo è il catalizzatore, il più misto ( 16 )O( 18 )O molecole si formano per ricombinazione degli atomi dissociati. È stato dimostrato che i cluster di platino inferiori a un nanometro sono significativamente più attivi dei singoli atomi o dei cluster più grandi. Però, a temperature moderate (200 °C) i minuscoli grappoli si sfaldano nel tempo in singoli atomi di platino e l'attività catalitica per la scissione dell'ossigeno termina.
In contrasto, il team ha scoperto che per l'ossidazione degli alcani, come il metano, a temperature più elevate, la combustione catalitica è stata effettuata da singoli atomi di platino. Questi si formano in situ nel flusso di ossigeno dai cluster iniziali, come è stato dimostrato dalla spettroscopia di assorbimento a raggi X e dalla microscopia elettronica. Il passaggio critico in queste ossidazioni non è la scissione di O( 2 ) ma la rottura dei legami C-H, che è meno sensibile ai cambiamenti nella struttura del sito attivo.
Per l'ossidazione di CO, la catalisi è dominata da cluster di platino. I singoli atomi di platino non possono essere stabilizzati nel flusso di CO, e quindi, svolgere alcun ruolo. Rispetto ai supporti in ossido di alluminio, la zeolite CHA ha fornito una maggiore attività e una maggiore stabilità dei cluster di platino in presenza di CO.
L'elevata stabilità dei singoli atomi di platino per la combustione del metano e dei piccoli cluster di platino per l'ossidazione della CO, che viene trattenuto dopo la rigenerazione o il trattamento con vapore caldo, apre nuove possibilità per i sistemi costituiti da platino e zeoliti di silicato come catalizzatori eterogenei efficienti e robusti per una varietà di scenari di ossidazione ad alta temperatura.
