Nuevos catalizadores basados ​​en metales no cristalinos

Esta tesis explora el potencial catalítico de los vidrios metálicos (Metallic Glasses, MG, en inglés) y su combinación con óxido de cerio (CeO2) para la oxidación de monóxido de carbono (CO) a baja temperatura y para la reacción de oxidación preferencial de CO (COPrOx). Los vidrios metálicos, gracias a su estructura no cristalina y a una composición fácilmente modificable, pueden convertirse en una opción prometedora para el diseño de nuevos materiales para aplicaciones de catálisis. El estudio se centra en tres sistemas principales de MGs: Ce65Al35, Pd77Si16.5Cu6.5 y Cu48Zr48Al4, examinando sus características estructurales y el comportamiento catalítico. Los resultados de este trabajo han mostrado que el vidrio metálico Ce65Al35 tiene una actividad catalítica limitada, incluso después de varios tratamientos de activación como la molienda mecánica, la calcinación o la combinación con CeO₂. 

Sin embargo, dopar el sistema binario Ce-Al con Pd, obteniendo la aleación Ce61Al35Pd4, mejoró notablemente el rendimiento, alcanzando una conversión del 100 % de CO a 300 °C tras la molienda. Curiosamente, mezclar este MG ternario con CeO2 no aportó ninguna mejora adicional, lo que indica que el papel del Pd es dominante y no sinérgico con los cristales de ceria. El vidrio metálico Pd77Si16.5Cu6.5 resultó ser el catalizador más eficaz por sí solo, logrando una conversión completa de CO a solo 240 °C, lo que podría atribuirse a la presencia de Pd y su distribución optimizada dentro de la matriz amorfa. Experimentos de control con aleaciones binarias (Pd77Si23 y Cu6Si94) destacaron la importancia tanto de la composición como del procesamiento, especialmente la necesidad de técnicas de solidificación rápida, como el melt spinning, y la molienda mecánica para generar estructuras activas de partículas finas.

Otra contribución relevante de este trabajo es el desarrollo y la caracterización detallada de los materiales compuestos combinando MGs con contenido de Cu y CeO2, en particular usando la aleación Cu48Zr48Al4. Estos sistemas mostraron una elevada actividad catalítica y estabilidad en las reacciones de CO y COPrOx, con un rendimiento mejorado mediante la molienda mecánica. Los análisis estructurales in operando (XPS, EXAFS, NEXAFS y XRD) confirmaron una reorganización superficial de los catalizadores durante la reacción, estabilizando átomos de Cu(I) catalíticamente activos. La observación de un fenómeno de envejecimiento espontáneo y de un cambio similar generado por un pretratamiento de reducción con hidrógeno sugiere una evolución dinámica de los sitios activos en condiciones reales de operación. Este estudio demuestra que la
síntesis mecanoquímica y el diseño estructural cuidadoso de los compuestos MG/CeO2 permiten desarrollar catalizadores de oxidación eficientes, estables y de bajo coste. Estos resultados ofrecen nuevas estrategias para crear materiales altamente activos para el control de la contaminación y tecnologías de purificación de hidrógeno, abriendo el camino al uso de metales amorfos para aplicaciones de catálisis heterogénea.