Los catalizadores basados en nanopartículas de oro soportadas son particularmente interesantes en varias reacciones de importancia ambiental. Entre estas reacciones destacan la oxidación de CO, que puede llevarse a cabo a temperatura ambiente, la oxidación de compuestos orgánicos volátiles y la reducción de N2O y de NOX. Una peculiaridad del oro es que puede catalizar la mayoría de estas reacciones a temperaturas más bajas que los otros metales nobles. Todas estas reacciones de abatimiento de la contaminación atmosférica deben poder llevarse a cabo en presencia de aire ambiente, lo que implica la presencia de una tasa de humedad variable y ciertos gases que pudieran ser nocivos para el catalizador. Se ha observado que los catalizadores basados en oro se desactivan en función del tiempo de reacción más rápidamente que los basados en otros metales nobles, lo que se traduce en una disminución de la actividad por lo que los catalizadores de oro presentan problemas de estabilidad-durabilidad. Esto puede ser debido al sinterizado de las nanopartículas de oro, a causa de la exposición al aire (presencia de humedad, luz, etc.) o a la adsorción de carbonatos en los sitios reactivos del catalizador. Así, en este proyecto se propone explorar dos vías para tratar de evitar este problema de inestabilidad: modificar la naturaleza del óxido utilizado como soporte o bien la utilización de catalizadores bimetálicos. _x000D_ En lo que se refiere a la naturaleza del óxido utilizado como soporte, éste puede jugar un papel importante en la estabilización de las nanopartículas de oro, ya que se ha mostrado que la estabilidad depende tanto de su estructura como de las interacciones específicas oro-soporte. Se ha sugerido que el uso de mezclas binarias de óxidos como soportes podría ser una buena solución para la estabilización de las nanopartículas de oro, ya que pueden crear defectos superficiales (vacancias de oxígeno) en los que las partículas de oro se anclarán más fuertemente, lo que las estabilizaría y prevendría su sinterización. Por esta razón en este proyecto se propone sintetizar óxidos mixtos o dopados basados en óxido de titanio u óxido de cerio. Los elementos con los que se combinaran el TiO2 o el CeO2 serán elementos de valencia inferior a 4+, para generar vacancias de oxígeno (defectos), para sobre ellos depositar las nanopartículas de oro y evaluar el efecto de dichas modificaciones sobre la actividad y estabilidad de los catalizadores. Las actividades y estabilidades obtenidas se compararán con las obtenidas sobre los óxidos puros correspondientes, para determinar el efecto del dopaje o de la utilización de óxidos mixtos. Los métodos que se utilizarán para la síntesis de los óxidos mixtos y dopados serán el sol-gel, el depósito precipitación, la co-precipitación y la activación mecanoquímica. _x000D_ Otra opción que se propone en este proyecto es la síntesis de catalizadores bimetálicos Au-M (donde M podrá ser Ni, Ir, Fe, Ag y Cu). En el caso de los sistemas Au-Ag y Au-Cu se pretende optimizar su preparación, ya que en el laboratorio de Materiales y Nanotecnología y en el marco de un proyecto PAPIIT previo se prepararon catalizadores bimetálicos combinando oro y uno de los metales del grupo IB (Ag o Cu) soportados en óxido de titano. Los resultados mostraron que los catalizadores bimetálicos Au-Ag y Au-Cu se desactivan mucho menos en oxidación de CO a temperatura ambiente que los catalizadores monometálicos de oro. Los estudios que se hicieron en el CCADET con catalizadores Au-Ag y Au-Cu soportados en óxido de titanio, fueron realizados con cantidades equivalentes en peso (4 %) de oro y plata y de oro y cobre, lo que conlleva a relaciones atómicas Au/Ag y Au/Cu inferiores a 1. Por tanto la composición de estos catalizadores bimétalicos puede ser optimizada. Dado que estos sistemas parecen muy prometedores, es que se propone en este proyecto estudiar a profundidad estos sistemas bimetálicos, además de poner a punto la síntesis de otros sistemas bimetálicos: Au-Ni, Au-Fe, Au-Ir. A diferencia de los sistemas Au-Ag y Au-Cu, en el caso de los nuevos sistemas propuestos (Au-Ni, Au-Fe y Au-Ir) los metales presentan una miscibilidad limitada en bulto. Varios parámetros que pueden influenciar los resultados catalíticos (actividad y estabilidad de los catalizadores) serán estudiados, tales como la relación atómica entre los dos metales y las condiciones de activación._x000D_ Los catalizadores a sintetizar en este proyecto serán caracterizados tanto antes como después de la reacción por técnicas como espectroscopía infrarroja en el modo de reflectancia difusa (DRIFTS), UV-vis y XPS, microscopía electrónica de tansmisión (en sus modalidades TEM, HRTEM, HAADF, EELS y EDS), TPR, EXAFS y XANES, con el objeto de determinar los tamaños de partícula, su composición, los estados de oxidación de los metales y el carácter mono o bimetálico de la superficie, así como para encontrar posibles correlaciones entre las propiedades del material con la actividad y la estabilidad de las muestras en condiciones de reacción.

Entre los diferentes contaminantes atmosféricos se encuentran el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles. Todos ellos causan efectos importantes sobre la salud del ser humano. Dichos contaminantes son producidos principalmente por la quema de combustibles fósiles y otras actividades industriales. Actualmente el abatimiento de dichos contaminantes se lleva a cabo principalmente por procesos catalíticos heterogéneos en los que se utilizan como fases activas principalmente Pt, Pd y Rh soportados. A pesar de que dichos metales son bastante eficientes en las reacciones de abatimiento de la contaminación atmosférica citadas arriba, tienen las desventajas de que son caros, poco abundantes en la corteza terrestre y solo trabajan a temperaturas relativamente altas. El oro tiene las ventajas de que es más barato que el Pt, Pd y Rh, más abundante en la corteza terrestre y sobretodo que puede llevar a cabo estas reacciones a temperaturas más bajas. Inclusive la oxidación de CO la puede llevar a cabo con eficiencias muy altas a temperatura ambiente y subambiente. Sin embargo presenta la desventaja de una baja estabilidad y durabilidad, debido principalmente a que presenta un problema de sinterización de las partículas de oro (que solo son activas cuando están soportadas con diámetros menores a 5 nm) y presenta también problemas de desactivación por adsorción de carbonatos. Estos dos problemas que son de actualidad en la catálisis con oro, serán abordados en este proyecto. Para tratar de evitarlos se propone continuar el estudio de dos estrategias que hemos venido explorando y que han generado resultados muy prometedores. La síntesis de catalizadores bimetálicos y la modificación del soporte ya sea para doparlo o para crear óxidos mixtos de tal forma que las nanopartículas de oro puedan interaccionar más fuertemente con el soporte y con eso evitar su sinterización. Además la modificación del soporte puede modificar las propiedades de adsorción del oro hacia los reactivos y los productos, lo que sin duda tendrá implicaciones en la formación de carbonatos y la fuerza con la que puedan absorberse sobre los sitios activos del catalizador._x000D_ Este proyecto pretende no solo dar solución al problema de la inestabilidad y poca durabilidad de los catalizadores monometálicos de oro, sino que se pretende también llevar a cabo la optimización de los sistemas bimetálicos propuestos, jugando sobre los parámetros de preparación, las relaciones atómicas entre los dos metales y las condiciones de activación (tratamientos térmicos), determinando la influencia de estos parámetros sobre las propiedades catalíticas, en particular la estabilidad del catalizador. Así mismo se pretende caracterizar a profundidad los sistemas bimetálicos que se han sintetizado previamente en nuestro grupo y los nuevos que se propone sintetizar en este proyecto para entender las interacciones que se dan entre los dos metales y la razón de las diferencias observadas en actividad y estabilidad de los catalizadores bimetálicos respecto a los catalizadores monometálicos de oro. Así las contribuciones principales de este estudio serán por un lado dar soluciones al problema de estabilidad y durabilidad de los catalizadores de oro y por el otro avanzar en el diseño racional de catalizadores heterogéneos bimetálicos.