Metano (CH4 ) y dióxido de carbono (CO2 ) son los dos principales gases de efecto invernadero que causan el calentamiento global. La tecnología de reformado en seco de metano (DRM) puede utilizar simultáneamente dos gases de efecto invernadero para producir hidrógeno (H2 ) y monóxido de carbono (CO), por lo que la DRM es una de las estrategias ideales para reducir el efecto invernadero.
Sin embargo, CH4 y CO2 tienen una alta estabilidad termodinámica, por lo que el proceso DRM térmico convencional siempre requiere alta energía térmica para activar el CH4 y CO2 . El desarrollo de la tecnología fotocatalítica ofrece más oportunidades para iniciar reacciones DRM en condiciones suaves.
Sin embargo, debido a la rápida recombinación de los portadores de carga fotoexcitados, la eficiencia fotocatalítica sigue siendo insatisfactoria. Se ha informado que la construcción de campos eléctricos incorporados en fotocatalizadores es una estrategia confiable para mejorar la dinámica de transferencia de carga. Por lo tanto, se espera que el diseño de fotocatalizadores con campos eléctricos internos para controlar el comportamiento de transferencia de carga afronte el desafío mencionado anteriormente.
Recientemente, los equipos de investigación dirigidos por el Prof. Huimin Liu de la Universidad Tecnológica de Liaoning, China, y el Dr. Jordi García-Antón de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) publicaron un artículo de revisión que presenta los avances recientes del campo eléctrico incorporado. -Reformado seco fotocatalítico asistido de metano. Esta revisión fue publicada en el Chinese Journal of Catalysis .
Este artículo presenta primero el mecanismo de reacción fundamental de DRM y los catalizadores térmicos tradicionales para DRM. Posteriormente, se resumieron las ventajas y potenciales materiales fotocatalíticos para la aplicación de DRM fotocatalítico (PDRM), centrándose en tres tipos de fotocatalizadores con campos eléctricos incorporados:
(1) Fotocatalizadores basados en materiales ferroeléctricos, que generan campos eléctricos incorporados mediante polarización espontánea permanente a partir de efectos ferroeléctricos.
(2) Fotocatalizadores con estructuras de heterounión, que desencadenan un campo eléctrico interno en la heterointerfaz. Debido a la estructura de espacio escalonado en las heterouniones tipo II, se forma un campo eléctrico interno en la interfaz, lo que da como resultado procesos separados de oxidación y reducción sobre diferentes superficies semiconductoras. Además, la heterounión del esquema Z puede mantener portadores de carga con alta capacidad redox a través de un campo eléctrico de interfaz para recombinar cargas con baja capacidad redox. Por lo tanto, la eficiencia del PDRM podría mejorarse mediante diferentes estructuras de heterounión.
(3) Fotocatalizadores con campos termoeléctricos incorporados generados por resonancia de plasmón superficial local (LSPR). Las nanopartículas metálicas son candidatas adecuadas para acelerar la transferencia de carga y activar reactivos a través de resonancia, lo que genera estructuras electrónicas discontinuas en los metales que crean campos eléctricos locales entre las nanopartículas metálicas y la luz visible-infrarroja cercana (Vis-NIR).
Varios estudios han demostrado que la actividad y selectividad de un producto específico aumentan mediante la fotocatálisis asistida por plasmones, lo que resalta el gran potencial de LSPR para mejorar la eficiencia fotocatalítica (o fototérmica-catalítica). Además de los fotocatalizadores mencionados anteriormente, el desarrollo de la tecnología PDRM genera más requisitos para comprender el mecanismo de reacción o dilucidar el papel de componentes específicos en los fotocatalizadores.
Por lo tanto, esta revisión también presenta tecnología avanzada de caracterización in situ y cálculos teóricos, proporcionando conocimientos básicos a los jóvenes investigadores involucrados en este campo en las primeras etapas.
Aunque se han realizado muchos esfuerzos en el área del PDRM, todavía quedan algunos desafíos que superar. Finalmente, basándose en los resultados de las investigaciones existentes, esta revisión resume los principales desafíos y propone estrategias factibles, fomentando investigaciones más profundas en este campo en el futuro.
Más información: Yiming Lei et al, Avances recientes en el reformado fotocatalítico seco de metano asistido por campo eléctrico incorporado, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64520-6
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
