Energías renovables: Desarrollan novedoso catalizador para la producción de combustibles

Área Comunicación Institucional INTEQUI (©)

Integrantes del Grupo de Catálisis del Instituto de Investigaciones en Tecnología Química (INTEQUI-CONICET-UNSL) participan en una publicación científica en colaboración con investigadores del Instituto de Física Aplicada (INFAP-CONICET-UNSL), Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, (CSIC-Univ. Sevilla), y del Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte de la  Universidad de Sevilla. El trabajo científico presenta el desarrollo de un nuevo tipo de catalizadores que aprovecha energías renovables en la producción de combustibles sintéticos.

FICHA TÉCNICA

Autores/as

Julio C. Pedrozo Alfonso ^a, Flavia G. Duran ^a, Luis E. Cadús ^a, Octavio J. Furlong ^b, Marcelo S. Nazzarro ^b, Ana M. Beltrán ^c, Gisela M. Arzac ^d, Asunción Fernández ^d, Fabiola N. Aguero ^a

^a

Instituto de Investigaciones en Tecnología Química (INTEQUI), UNSL - CONICET, Facultad de Química Bioquímica y Farmacia, Almirante Brown 1455, San Luis 5700, Argentina

^b

Instituto de Física Aplicada, (INFAP), UNSL-CONICET, Av. Ejército de Los Andes 950, San Luis CP 5700, Argentina

^c

Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte, Escuela Politécnica Superior, Universidad de Sevilla, Virgen de Africa 7, Sevilla 41011, Spain

^d

Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, (CSIC-Univ. Sevilla), Avda. Américo Vespucio 49, Sevilla 41092, Spain

Publicación: Applied Catalysis A General. Elsevier
Fecha publicación: 03/10/25
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2025.120622
Bajar PDF: pulse aquí
Título del trabajo en español:
"Generación in situ de partículas de níquel a partir de perovskitas de CaTi1-xNixO3usadas en la metanacion de CO2".

Resumen de divulgación

Investigadores del INTEQUI desarrollaron un nuevo tipo de catalizadores basados en perovskitas de calcio, titanio y níquel (CaTi₁₋ₓNiₓO₃) para transformar dióxido de carbono (CO₂) en metano (CH₄), un proceso clave para aprovechar energías renovables en la producción de combustibles sintéticos, en colaboración con investigadores de INFAP, la universidad de Sevilla y el Instituto de ciencia de materiales de Sevilla.

El estudio muestra que, durante una etapa de reducción controlada, se generan nanopartículas de níquel (Ni) directamente desde la estructura del material —un fenómeno conocido como exsolución. Estas partículas se depositan de manera uniforme sobre la superficie de la perovskita, formando catalizadores altamente activos y estables.

Los resultados revelan que los materiales con mayor contenido de níquel (x = 0.2 y 0.3) alcanzan un desempeño sobresaliente: convierten hasta el 65 % del CO₂ y logran una selectividad cercana al 90 % hacia metano, con muy baja formación de monóxido de carbono (3 %). Además, estos catalizadores se mantuvieron estables durante más de 10 horas de operación sin signos de degradación.

El éxito de estos materiales se relaciona con su alta cantidad de sitios básicos de media intensidad y vacantes de oxígeno, que facilitan la adsorción del CO₂ y la dispersión del níquel en partículas muy pequeñas. En comparación, los catalizadores preparados por métodos tradicionales de impregnación producen partículas más grandes y menos activas.

Estos hallazgos demuestran que las perovskitas dopadas con níquel son una alternativa prometedora y económica frente a los catalizadores convencionales para la metanación del CO₂, contribuyendo al desarrollo de tecnologías sostenibles en el marco del concepto Power-to-Gas, que busca almacenar energía renovable en forma de metano sintético.

Representación esquemática de las partículas de Niquel obtenidas por exsolución y las molécula de H2 y CO2 adsorbidas para dar metano. Se muestra además una imagen TEM de las partículas de Ni y la excelente estabilidad catalítica. (Graphical abstract del artículo)

Resumen científico

Se sintetizaron perovskitas de composición CaTi₁₋ₓNiₓO₃ (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) mediante el método del citrato, con el objetivo de evaluar el efecto del nivel de sustitución de Ni en sus propiedades fisicoquímicas y su desempeño en la reacción de metanación de CO₂. Durante la etapa de reducción, las partículas metálicas de Ni se generaron in situ a través del proceso de exsolución, emergiendo desde la estructura perovskita hacia la superficie del material.

Los catalizadores fueron caracterizados mediante técnicas de adsorción de N₂ (BET), DRX, XPS, TPR, TPD de O₂ y CO₂, quimisorción de H₂ y microscopía STEM-EDX. Los resultados indicaron que los sólidos con mayor contenido de Ni (x = 0.2 y 0.3) presentan mayor área superficial, incremento en la cantidad de vacantes de oxígeno y mayor proporción de sitios básicos de media intensidad. La reducción de estas muestras generó nanopartículas de Ni finamente dispersas (8–15 nm), significativamente menores a las obtenidas por impregnación convencional (20–40 nm).

En la reacción de metanación de CO₂ (CO₂/H₂ = 1:4), los catalizadores CaTi₀.₈Ni₀.₂O₃ y CaTi₀.₇Ni₀.₃O₃ alcanzaron conversiones de CO₂ del 65 % y selectividades a CH₄ del 90 %, con solo un 3 % de selectividad a CO. Además, el catalizador CaTi₀.₇Ni₀.₃O₃ mostró alta estabilidad durante 10 horas sin evidencia de sinterización de las partículas metálicas.

Estos resultados confirman que la exsolución controlada desde estructuras perovskitas permite obtener catalizadores altamente activos y estables, donde las vacantes de oxígeno, los sitios básicos de fuerzamedia y la fuerte interacción metal-soporte juegan un papel determinante en la metanación eficiente del CO₂.