11 jul. 2013

Estudio de cómo la magnetita (Fe3O4) desarrolla su elevada reactividad superficial.



Usualmente se considera que las superficies de los óxidos son pocos reactivas, incluso cuando están catalizando reacciones químicas. Pero investigadores del Instituto de Química-Física “Rocasolano” en estrecha colaboración con los investigadores de Sandia National Labs (EE.UU), mostraron que esta opinión es incorrecta para la magnetita (Fe3O4), un importante catalizador utilizado industrialmente en la producción de hidrogeno (WGSR).



La microscopía de electrones de baja energía (LEEM) revela, en tiempo real, que los escalones de la superficie de la magnetita avanzan continuamente durante la exposición a oxígeno. El hierro necesario para el crecimiento de nueva magnetita viene del interior del material. En el articulo que se acaba de publicar en el JACS se explica que la primera etapa de oxidación, la adsorción de oxígeno, ocurre uniformemente sobre las terrazas de magnetita, en contraste con la suposición común en catálisis heterogénea, que las reacciones redox ocurren en los escalones de la superficie. Además, esta investigación establece que los ciclos redox catalítico en la magnetita no implican crear y destruir vacantes de oxígeno, como se supone usualmente, sin embargo los ciclos catalíticos evolucionan a través de la formación de vacantes de hierro que migran hacia el interior del cristal.


Las imágenes (a-d) de microscopía de electrones de baja energía de Fe3O4(100) expuesta a O2. Las bandas en contraste claros/oscuros representan las terrazas atómicas del cristal de magnetita.

figuras (e) y (f)

Las líneas rojas muestran el avance de un escalón. Campo de visión = 20 µm. (e) Topografía de escalón espiral. (f) Modelo de crecimiento de Fe3O4 (100) en la superficie.





Referencia bibliográfica:

Shu Nie, Elena Starodub, Matteo Monti, David Siegel, Lucía Vergara, Farid El Gabaly, Norman Bartelt, Juan de la Figuera, and Kevin McCarty1. Insight into magnetite’s redox catalysis from observing surface morphology during oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2013.135(27:10091–10098. DOI: 10.1021/ja402599t


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