Resumen de tesis de Leonardo David Lara Moreno
Resumen de la tesis que presenta Leonardo David Lara Moreno como requisito parcial para la obtención del grado de Doctor en Ciencias en Nanociencias
Desarrollo de catalizadores a base de cromo soportados en sílices mesoestructuradas para la deshidrogenación oxidativa suave de alcanos ligeros
Resumen aprobado por:
Dr. Trino Armando Zepeda Partida
Codirector de tesis
Dra. Perla Jazmín Sánchez López
Codirectora de tesis
Resumen en español

La deshidrogenación oxidativa de propano con CO2 es una ruta prometedora para la producción sostenible de propileno, aunque su eficiencia industrial depende en gran medida del diseño de catalizadores más activos y selectivos. En este trabajo, se investigó el efecto de la arquitectura porosa del soporte sobre el rendimiento de catalizadores de cromo (6% en peso). Para ello, se sintetizaron catalizadores mediante impregnación húmeda sobre sílices mesoporosas con distintas estructuras: hexagonal (MCM-41 y SBA-15) y cúbica (SBA-1). Mediante una caracterización detallada (fisisorción de nitrógeno, difracción de rayos x, espectroscopia Raman y espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos x), se encontró que la mesoestructura del soporte juega un papel clave en la dispersión y la estabilización de los estados de oxidación del cromo. La estructura cúbica tridimensional del soporte SBA-1 promovió una dispersión superior y estabilizó una mayor fracción superficial de especies de Cr6+. En las pruebas de reacción, esta mejora estructural se tradujo en un rendimiento superior: el sistema Cr/SBA-1 no solo demostró la actividad más alta, alcanzando una conversión de propano de 60.7% a 650 °C, sino que también mantuvo la mayor selectividad hacia propileno. Se estableció una correlación lineal directa entre la fracción de especies Cr6+ y el rendimiento catalítico. Una mayor abundancia de estos sitios no solo aumentó la conversión de propano y CO2, sino que redujo la formación de subproductos no deseados, como la formación de CO y subproductos de craqueo. Estos resultados identifican a las especies de Cr6+ altamente dispersas como los sitios activos clave para una DHO de propano selectiva. Se concluye que la elección de una mesoestructura de soporte con conectividad de poros tridimensional es una estrategia de diseño efectiva para maximizar la población de sitios Cr6+ y, por tanto, optimizar el rendimiento global del proceso catalítico.
Palabras clave: propileno, deshidrogenación, materiales mesoporosos, cromo, dióxido de carbono, oxidación selectiva
Resumen en inglés

The oxidative dehydrogenation of propane (ODHP) with CO₂ presents a promising route for sustainable propylene production, although its industrial efficiency greatly depends on the rational design of more active and selective catalysts. In this work, the effect of support pore architecture on the performance of chromium catalysts (6 wt%) was investigated. To this end, catalysts were synthesized via wetness impregnation on mesoporous silicas with distinct structures: hexagonal (MCM-41 and SBA-15) and cubic (SBA-1). Through detailed physicochemical characterization (including N₂ physisorption, XRD, Raman, and XPS), the support's mesostructure was found to play a key role in the dispersion and stabilization of chromium oxidation states. Notably, the three-dimensional cubic framework of the SBA-1 support promoted superior dispersion and stabilized a higher surface fraction of Cr6+ species. In reaction tests, this structural enhancement translated into superior catalytic performance. The Cr/SBA-1 system not only exhibited the highest activity, reaching a propane conversion of 60.7% at 650 °C, but also maintained the highest selectivity towards propylene. A direct linear correlation was established between the fraction of Cr6+ species and the overall catalytic performance. A higher abundance of these sites concurrently increased propane and CO₂ conversion while suppressing the formation of unwanted byproducts, such as CO and cracking products. These results identify highly dispersed Cr⁶⁺ species as the key active sites for selective ODHP. It is concluded that choosing a support mesostructure with three-dimensional pore connectivity is an effective design strategy to maximize the population of Cr6+ sites and, therefore, optimize the overall performance of the catalytic process.
Palabras clave: Propylene, Dehydrogenation, Mesoporous materials, Chromium, Carbon dioxide, Selective oxidation.
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