Control de la selectividad en reacciones de hidrogenación mediante el diseño racional de catalizadores avanzados
- Autores: Adrian Garcia Zaragoza
- Directores de la Tesis: Christian Cerezo Navarrete (codir. tes.), Luis Miguel Martínez Prieto (codir. tes.), Pascual Oña Burgos (codir. tes.), Antonio Eduardo Palomares Gimeno (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2026
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Sepúlveda Escribano (presid.), María Cristina Martínez Sánchez (secret.), Patricia Lara Muñoz (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Sostenible por la Universidad de Castilla-La Mancha; la Universidad de Extremadura; la Universidad Jaume I de Castellón; la Universitat de València (Estudi General) y la Universitat Politècnica de València
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
La presente tesis doctoral se enmarca dentro de los principios de la Química Verde y aborda el diseño racional de nanocatalizadores metálicos para el desarrollo de procesos químicos más eficientes y sostenibles. La investigación se centra en resolver la heterogeneidad energética de los sitios activos de las nanopartículas metálicas, la cual compromete la selectividad y la eficiencia global. Para superar esta limitación, se han desarrollado estrategias avanzadas de modulación superficial aplicadas a dos desafíos: la hidrogenación selectiva de productos derivados de la biomasa en fase líquida y la hidrogenación selectiva de CO2 a CO en fase gas.
En la primera etapa, se estudió la modificación superficial de las MNPs estabilizadas sobre óxido de grafeno reducido (rGO), estableciendo dos mecanismos de control opuestos. Para el sistema de rutenio (Ru@rGO), se implementó un control estérico mediante la funcionalización con ligandos N-heterocíclicos sustituidos con pireno (pyr-IMes). Estos sustituyentes generaron una barrera física que bloqueó selectivamente las terrazas metálicas, inhibiendo rutas competitivas y logrando una quimioselectividad total hacia el alcohol en la hidrogenación de acetofenona. Por el contrario, en el sistema de Platino (Pt@rGO), se aplicó una promoción electrónica mediante Química Organometálica de Superficie (SOMC). La decoración con fragmentos de alquil-estaño (-SnBun) modificó la densidad electrónica del platino, facilitando la activación de enlaces polares. Este efecto sinérgico permitió alcanzar una actividad excepcional en la hidrogenación de HMF en medio acuoso (TOF estimado de 666.7 h-1) con una selectividad del 100 % hacia el diol (BHMF) en condiciones muy suaves.
Posteriormente, se aplicó el calentamiento bajo inducción magnética como una alternativa al calentamiento convencional para la hidrogenación selectiva de CO2 a monóxido de carbono (RWGS) mediante el uso de catalizadores que actúan simultáneamente como agentes calefactores y catalíticos (Co@C y CoPd/Co@C). La encapsulación de las nanopartículas magnéticas en una capa grafítica evitó la sinterización de las mismas y fue capaz de distribuir el calor generado por las nanopartículas (TSup > 800 ºC, TLocal ~ 470 ºC). Asimismo, se demostró que el dopaje con Pd es crítico para la estabilidad: su presencia facilita la disociación del hidrógeno y previene la oxidación del cobalto, permitiendo una operación estable durante más de 200 horas y alcanzando una eficiencia de producción de CO de 478.5 mL·kW-1.h-1, una de las más altas de la bibliografía.
En conclusión, esta tesis demuestra que la combinación del diseño superficial y el uso de tecnologías de calentamiento electrificadas permite modular la reactividad y maximizar la eficiencia energética, ofreciendo soluciones escalables para la industria química del futuro.
