El metano es abundante y una fuente de energía barata, pero también es inerte, lo que significa que es difícil romper sus fuertes enlaces químicos para convertirlo en otras moléculas. Para superar este desafío, los científicos han estado investigando el uso de catalizadores, materiales que aceleran las reacciones químicas sin consumirse en el proceso.
El equipo de la TUM, dirigido por el profesor Johannes Lercher, utilizó una combinación de técnicas experimentales y computacionales para estudiar cómo interactúa el metano con un catalizador modelo hecho de nanopartículas de rodio soportadas sobre una superficie de óxido de ceria. Descubrieron que la clave para activar el metano en el catalizador era crear "puntos calientes" específicos, donde las moléculas de metano pudieran entrar en estrecho contacto con los sitios activos en la superficie del catalizador y reaccionar.
Los investigadores lograron esto controlando el tamaño y la distribución de las nanopartículas de rodio y modificando las propiedades superficiales del soporte de óxido de ceria. Descubrieron que al crear una disposición altamente dispersa de pequeñas nanopartículas de rodio en la superficie del óxido de ceria y modificar la estructura electrónica del catalizador, podrían mejorar significativamente la actividad catalítica para la conversión de metano.
El estudio proporciona información importante sobre el diseño y la optimización de catalizadores para la activación y conversión de metano, y podría tener implicaciones para el desarrollo de procesos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente para utilizar gas natural.
El metano representa aproximadamente el 10% del consumo mundial de energía y se utiliza principalmente para calefacción y generación de energía. Sin embargo, el metano también se puede convertir en una variedad de productos valiosos, como hidrógeno, metanol y etileno, que se utilizan en la producción de combustibles, plásticos y otros productos químicos.
El desafío de convertir el metano radica en su alta fuerza de enlace, lo que dificulta la ruptura de las moléculas. Esto requiere altas temperaturas o el uso de catalizadores, materiales que aceleran las reacciones químicas sin consumirse en el proceso.
El equipo de TUM se centró en desarrollar un catalizador que pudiera activar el metano a temperaturas relativamente bajas, lo que haría que el proceso fuera más eficiente energéticamente. Utilizaron un catalizador modelo compuesto por nanopartículas de rodio soportadas sobre una superficie de óxido de ceria.
Al controlar cuidadosamente el tamaño y la distribución de las nanopartículas de rodio, así como las propiedades electrónicas de la superficie del catalizador, los investigadores pudieron crear "puntos calientes" específicos en el catalizador donde las moléculas de metano podían reaccionar eficazmente.
El estudio demuestra la importancia de un diseño e ingeniería precisos de catalizadores para desbloquear todo el potencial del metano como materia prima versátil para la producción de combustibles y productos químicos.
