La conversión directa de metano tiene ventajas como un bajo consumo de energía, menos procesos y una mejor economía. Sin embargo, es difícil activar el metano a temperatura ambiente debido a la alta energía de disociación de los enlaces C-H del metano. Además, los productos objetivo, como el metanol, el ácido acético y otros compuestos oxigenados, son propensos a una sobreoxidación, lo que da como resultado la generación de CO2. . Por tanto, es importante el diseño de catalizadores con alta actividad y selectividad.
En un estudio publicado en Angewandte Chemie International Edition , un grupo dirigido por el Prof. Zhang Tao, el Prof. Wang Xiaodong y Assoc. El Prof. Huang Chuande del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con el grupo del Prof. Chang Chunran de la Universidad Xi'an Jiaotong, ha logrado la conversión directa eficiente de metano a través de un solo átomo. catálisis a temperatura ambiente.
Los investigadores propusieron una estrategia que implica la modificación de la molécula de CO para regular la estructura electrónica del catalizador de un solo átomo M1 -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe), que mejora la eficiencia de la conversión directa de metano. Se dieron cuenta de catalizar la conversión de metano con H2 O2 como oxidante a temperatura ambiente (25 °C). La frecuencia de rotación (TOF) de Pd1 -ZSM-5 alcanzó las 207 h -1 con casi un 100% de selectividad hacia los oxigenados.
Combinando la caracterización experimental con cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT), los investigadores descubrieron que el átomo de C en la molécula de CO tiende a coordinarse con el Pd1 átomo único, transfiriendo electrones del CO al centro de oxígeno activo L-Pd1 -O (L =CO), lo que resulta en la reducción de la barrera de disociación de los enlaces C-H del metano, de 1,27 eV a 0,48 eV.
Además, esta estrategia exhibió una buena universalidad como TOF del M1 -Los catalizadores de la serie ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe) podrían aumentarse de 3,2 a 11,3 veces mediante la modificación de la molécula de CO.
"Hemos desarrollado el M1 compatible con tamiz molecular electrónicamente sintonizable. -O centros activos aislados, lo que proporciona un nuevo método para lograr la conversión selectiva de metano en productos químicos en condiciones suaves", dijo el profesor Wang.
Más información: Weibin Xu et al, Sintonización electrónica Metal-Oxo mediante decoración de CO in situ para promover la conversión de metano en oxigenados sobre catalizadores de un solo átomo, Edición internacional Angewandte Chemie (2024). DOI:10.1002/anie.202315343
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
