Uno de los paradigmas más importantes de la catálisis heterogénea es el concepto de "catalizador soportado", que consiste en una fase activa (normalmente pequeñas partículas metálicas) dispersa en un soporte (normalmente un óxido inorgánico). En algunos casos, como el del catalizador Au/TiO₂, los sitios interfaciales entre el metal y el soporte se consideran esenciales para la actividad catalítica.
Aunque el principio de funcionamiento es muy diferente, la fotocatálisis comparte la misma hipótesis de que al menos algunos de los sitios activos se encuentran localizados en nanopartículas (NPs) metálicas soportadas sobre un semiconductor.
Utilizando una arquitectura de tipo core-shell, las NPs de Au se intercalaron entre un núcleo de SiO₂ y un recubrimiento de TiO₂ de unos pocos nanómetros, aquí llamada "SiO₂@Au@TiO₂" (Figura 1A). Este concepto de recubrimiento de nanopartículas (pero con un mayor grosor de recubrimiento de unas decenas de nanómetros) se ha propuesto anteriormente para mejorar el rendimiento fotocatalítico aumentando la superficie de contacto entre el cocatalizador y el semiconductor. También se ha aplicado para evitar la lixiviación en la catálisis heterogénea, pero en detrimento de la actividad, ya que los sitios metálicos apenas están expuestos en la superficie.
Utilizando el mencionado sistema SiO₂@Au@TiO₂ con un recubrimiento de TiO₂ especialmente fino gracias a una metodología específica desarrollada en el ICP, observamos una considerable y sorprendente mejora de las prestaciones fotocatalíticas y catalíticas en comparación con las de un catalizador homólogo convencional de Au/TiO₂: De hecho, tanto (i) la producción fotocatalítica de H₂ en presencia de una solución metanólica (realizada en el ICP, Figura 1B) como la oxidación en fase líquida de furfural a ácido furoico (FA) utilizando O₂ como oxidante (realizada en la UCCS, Figura 1C) fueron significativamente superiores a las de los sistemas catalíticos convencionales.
El objetivo principal de INGENCat es, por tanto, proporcionar una comprensión fundamental de estos nuevos catalizadores "core-shel" altamente activos para la valorización del furfural. Pretendemos identificar los sitios activos y lucidar los mecanismos de reacción asociados a la oxidación del furfural mediante procesos de oxidación (foto)catalíticos, lo que en última instancia permitirá una retrooptimización del sistema para el diseño de catalizadores ultraeficientes.