El óxido de praseodimio (III, IV) es el compuesto inorgánico de fórmula Pr 6 O 11 que es insoluble en agua. [2] Tiene una estructura de fluorita cúbica . [3] Es la forma más estable de óxido de praseodimio a temperatura y presión ambiente . [4]
Pr 6 O 11 adopta una estructura cristalina de fluorita cúbica , medida mediante métodos XRD , TEM y SEM . [3] [5] Puede considerarse una forma deficiente de oxígeno de óxido de praseodimio (IV) ( PrO 2 ), estando los iones Pr en un estado de valencia mixto Pr (III) y Pr (IV). [5] Esta característica es la que confiere al óxido sus numerosas propiedades útiles para su actividad catalítica .
Las nanopartículas de óxido de praseodimio generalmente se producen mediante métodos de estado sólido como la termólisis, el método de sales fundidas, la calcinación o la precipitación . [3] [4] [6] Sin embargo, prácticamente todos los procesos contienen un paso de calcinación para obtener nanopartículas cristalinas de Pr 6 O 11 .
Normalmente, el nitrato de praseodimio Pr(NO 3 ) 3 ·6H 2 O [3] [5] o el hidróxido de praseodimio Pr(OH) 3 [7] se calienta a altas temperaturas (generalmente por encima de 500 °C) bajo aire para obtener praseodimio(III). ,IV) óxido. Aunque es menos común, en la literatura química también se ha informado sobre la síntesis a partir de otros precursores orgánicos como el acetato de praseodimio, el oxalato [8] y el malonato [9] .
Las propiedades físicas de las nanopartículas preparadas, como la forma de las partículas o los parámetros de la red, dependen en gran medida de las condiciones de calcinación, como la temperatura o la duración, así como de los diferentes métodos de preparación ( calcinación , sol-gel , precipitación , por ejemplo). Como resultado, se han explorado muchas rutas de síntesis para obtener la morfología precisa deseada. [3] [4] [5]
El óxido de praseodimio (III, IV) tiene varias aplicaciones potenciales en catálisis química y, a menudo, se usa junto con un promotor como el sodio o el oro para mejorar su rendimiento catalítico. Tiene una constante dieléctrica K alta, de alrededor de 30, y corrientes de fuga muy bajas [10], lo que también lo ha convertido en un material prometedor para muchas aplicaciones potenciales en nanodispositivos y microelectrónica. [6]
El óxido de praseodimio (III, IV) promovido por sodio o litio muestra una buena tasa de conversión de metano con una buena selectividad hacia el etano y el eteno en contraposición a subproductos no deseados como el dióxido de carbono . [11] [12] Si bien el mecanismo preciso para esta reacción aún está en debate, se ha propuesto que, típicamente, el metano se activa a un radical metilo por el oxígeno en la superficie del catalizador que se combina para formar etano. Luego, el eteno se forma por reducción del etano, ya sea mediante el catalizador o de forma espontánea. Los múltiples estados de oxidación de Pr (III) y Pr (IV) permiten una rápida regeneración de las especies catalíticas activas que involucran un anión peróxido O.2-2. [11]
Esta reacción es de particular interés ya que permite la conversión de abundante gas metano (que compone hasta el 60% del gas natural ) [11] [12] en hidrocarburos de orden superior , que proporcionan más aplicaciones. Como resultado, el acoplamiento oxidativo de metano es un proceso económicamente deseable.
En el mecanismo propuesto para la oxidación catalizada por Pr 6 O 11 de CO a CO 2 , el CO primero se une a la superficie del catalizador para crear un carbonato bidentado y luego se convierte en una especie de carbonato monodentado que puede descomponerse como CO 2 , completando el ciclo del catalizador. La conversión de un carbonato bidentado a una especie monodentada deja una vacante de oxígeno en la superficie del catalizador que puede llenarse rápidamente debido a la alta movilidad del oxígeno derivada de los estados de oxidación mixtos de los centros de Pr. Este mecanismo propuesto se presenta esquemáticamente a continuación, adaptado de Borchert, et al. [5]
La adición de promotores de oro al catalizador puede reducir significativamente la temperatura de reacción de 550 °C a 140 °C, pero el mecanismo aún está por descubrirse. Se cree que existe un cierto efecto sinérgico entre las especies de óxido de oro y praseodimio (III, IV). [13]
El interés de la oxidación de CO radica en su capacidad para convertir el gas CO tóxico en CO 2 no tóxico y tiene aplicaciones en los gases de escape de los automóviles, por ejemplo, que emiten CO. [14]
Pr 6 O 11 también se utiliza junto con otros aditivos como sílice o circonio para producir pigmentos para uso en cerámica y vidrio [15]