QUÍMICA EN SUPERFICIES Y PRINCIPIOS DE CATÁLISIS HETEROGÉNEA
Cod.21151179
CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA
A partir de las competencias y objetivos antes detallados, hemos definido una serie temas, desglosados por hitos concretos, sobre los que cada estudiante trabajará bajo la tutela directa y continua del profesor de la asignatura. Estos contenidos son:
Tema 1. Principios básicos de la Catálisis
1.1. Definición de catalizador
1.2. Parámetros de control en una reacción catalizada: actividad, selectividad y estabilidad
1.3. Cinética de los procesos catalíticos
1.4. Tipos de catalizadores: homogéneos, heterogéneos y biocatalizadores
1.5. Clasificación de los catalizadores heterogéneos: metálicos y bimetálicos, óxidos y sulfuros semiconductores, óxidos aislantes, sólidos con propiedades superficiales ácidas o básicas
1.6. Catalizadores bifuncionales. Soportes y fases activas
1.7. Ejemplos de procesos industriales donde se aplican catalizadores heterogéneos: desde las grandes petroquímicas hasta la química sostenible, desde la química fina hacia la síntesis de fármacos
1.8. La catálisis como ciencia multidisciplinar: índice de los conceptos cinéticos, termodinámicos y mecanismos de reacción que se aplican en el desarrollo de un catalizador
1.9. El catalizador como transición desde la física del estado sólido hacia los conceptos de química supramolecular
1.10. Química organometálica de superficies
Tema 2. Consideraciones fundamentales sobre la dinámica y las estructuras de las fases adsorbidas
2.1. Adsorción de moléculas en superficies sólidas. Isotermas de adsorción, área superficial y porosidad
2.2. Quimisorción sobre superficies metálicas e interacciones gas-óxido
2.3. Aspectos cuantitativos de la catálisis por metales
2.4. Naturaleza de los sitios activos expuestos en las superficies de los sólidos
2.5. Estructura, preparación y uso de los catalizadores heterogéneos
2.6. Nanopartículas como catalizadores monofuncionales
2.7. Envenenamiento, promoción y desactivación de catalizadores selectivos
2.8. Naturaleza química de los sitios activos. Ejemplos de casos como: zeolitas, sólidos micro- y mesoporosos, arcillas con pilares, sólidos superácidos, materiales carbonosos, óxidos metálicos mixtos (molibdatos, perovskitas, espinelas)
Tema 3. Técnicas y métodos de estudio para Química en Superficies
3.1. Introducción
3.2. Estabilidad de los catalizadores sólidos
3.3. Área superficial y porosidad
3.4. Naturaleza y fuerza de los centros activos
3.5. Uso de isótopos en el seguimiento de las reactividades superficiales
3.6. Ejemplos de métodos químicos de detección de especies e intermedios en superficies: desorción a temperatura programada, determinaciones calorimétricas, métodos “in situ” con aplicación técnicas espectroscópicas. Caso de los carbonilos seguidos por FTIR
3.7. Ejemplos de técnicas físicas aplicadas a superficies: XRD, AES, XPS, SIMS, EXAFS, XANES, NMR, STM, AFM, TEM
3.8. Experimentación con resolución temporal: ejemplos de mecanismos de reacción seguidos mediante un reactor TAP (Temporal Analysis of Products)
Tema 4. Principios y aplicaciones donde se relacionan la Química de Superficies con los procesos catalizados por sólidos
4.1. Ejemplos clásicos de aplicaciones industriales: síntesis del metanol, Fischer-Tropsch, reformado de metano con vapor de agua
4.2. Los catalizadores en varios escenarios del sector energético. Combustibles sintéticos. Pilas de combustible
4.3. La industria de los abonos: síntesis del amoniaco y oxidación del dióxido de azufre
4.4. La industria de los derivados del petróleo: hidrotratamientos, catalizadores de oxidación, reacciones con sólidos ácidos, hidrogenolisis, isomerización, aluminosilicatos
4.5. Hidrogenación de enlaces múltiples carbono-carbono. Ejemplos de química fina
4.6. Catalizadores para el control de la contaminación. Ejemplos sobre descontaminación de aguas fluviales, freáticas y de desecho industrial. La eliminación de gases tóxicos, caso de los catalizadores de tres vías
4.7. Ejemplos de catalizadores para conseguir una industria química sostenible
