Efecto de la estructura de la superficie en la reactividad

Es importante considerar la estructura como punto inicial de las propiedades catalíticas .

Los siguientes ejemplos son en base a una cara cúbica centrada , las cuales muestran los índices bajos de planos

100 110 111

Índices de Miller.- Su derivación se muestra en el margen y es recíproco de la intersección de estos planos principales a través de los ejes cristalográficos

•La coordinación de los átomos es diferente en la superficie de los planos

•A menor número de átomos de coordinación en la superficie mayor energía libre

•Mayor reactividad y enlace más fuerte

•Se requieren caras bien definidas ya que pueden existir diferencias en las características morfológicas de los cristales

•La distribución de los átomos vecinos al centro activo, dependen depende de la temperatura

Para el TiO2 y ZnO, las caras tienen generalmente dos tipos de terminación , una exponiendo solo el anión o catión sobre la superficie del plano (polar) y otro exponiendo ambos en las terminaciones ideales (plano más exterior).

La superficie de una partícula pequeña catalítica de metal es más compleja que una heterogénea .

En situaciones experimentales es esencial evaluar la superficie del cristal , esto se hace rutinariamente y generalmente mediante difracción de electrones de baja energía (LEED, low energy difraction)

La composición y pureza de la superficie son determinadas usando tecnicas especificas para la superficie usando electrones , los cuales tienen escape de profundidad de la región superficial .

Técnicas:

AES.- Espectroscopia de electrones Auger

XPS.- Espectroscopía de fotoelectrones

Reestructuración de la superficie

La superficie es una región con alta energía, de manera termodinámica indica que existe la tendencia a que esta energía disminuya de diferentes maneras.

•Relajación superficial.- Las superficies muestran un cambio en la red en la capa superior debido a la falta de átomos sólidos vecinos en un sitio de la superficie .

•Reconstrucción superficial.- Es un reordenamiento brusco de los átomos resultando en un cambio del número de átomos en la capa superior

•Sinterización.- Catálisis producida con partículas de metal separadas, la energía superficial puede ser minimizada mediante la fusión de estas partículas por otras más grandes.

El resultado es un área superficial más pequeña y un mayor promedio de la coordinación en la superficie , efecto que crea mayormente la perdida de eficiencia catalítica que generalmente ocurre en la operación de plantas industriales

•Adsorción.- Esta es la más significativa en relación con la catálisis, ya que es el primer paso en la reacción y es la fuerza impulsora para la catálisis.

También a menudo puede ir acompañados de reconstrucción de átomos de metal en la superficie.