Conversión de metano a ácido fórmico en los sitios de Fe dispersos atómicamente confinados dentro de los canales de ZSM-5. Crédito:ZHU Kaixin y GAO Hehua
El metano es un recurso energético prometedor para la producción de productos químicos de alto valor añadido. La conversión de metano en productos químicos o combustibles de valor agregado en condiciones suaves se ha convertido en uno de los temas más candentes en energía y catálisis.
Sin embargo, la alta simetría y la baja polarización de la molécula de metano dificultan la activación del metano en condiciones suaves. Además, los productos de destino suelen ser más reactivos que el metano, y están sujetos a una sobreoxidación al gas de efecto invernadero CO 2 .
Recientemente, un grupo dirigido por el Prof. DENG Dehui y Assoc. El profesor Yu Liang del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China (CAS) convirtió el metano en ácido fórmico (HCOOH) con alta eficiencia en condiciones suaves. Su estudio fue publicado en Nano Energy el 29 de diciembre.
Los investigadores encontraron que la oxidación altamente eficiente y selectiva del metano a HCOOH podría lograrse en los sitios de Fe dispersos atómicamente confinados dentro de los canales de ZSM-5.
Ajustando la relación sílice-alúmina y la carga de Fe en el ZSM-5 para modular el microambiente de las especies de Fe activas, alcanzaron una frecuencia de rotación (TOF) de 84200 h -1 para producir compuestos oxigenados de C1 y una alta selectividad de HCOOH del 91% con una productividad de 383,2 mmol gcat. -1 h -1 a 80 grados C.
"Este resultado superó a todos los catalizadores de conversión de metano informados anteriormente operados en condiciones similares, ", dijo el profesor DENG.
Es más, mediante la combinación de varias caracterizaciones y cálculos de teoría funcional de densidad, encontraron que los sitios activos de Fe-O podrían generarse a partir de la disociación de H2O2 en los centros de Fe tanto mononucleares como binucleares confinados dentro de los canales de ZSM-5.
Los sitios activos de Fe-O podrían facilitar la activación y escisión del enlace C-H del metano y, por lo tanto, promover la oxidación sucesiva de metano a ácido fórmico a través de metanol y formaldehído a través de rutas de radicales libres. mientras inhibe la sobreoxidación a CO 2 .
Este estudio allana una nueva ruta para diseñar y construir sitios activos confinados en celosía para la conversión altamente eficiente de metano en condiciones suaves.
