El hidrocarburo metano es muy abundante en la Tierra, pero ahora se sabe que su liberación contribuye a los aumentos repentinos de temperatura y al cambio climático. En los últimos años, los investigadores han intentado idear métodos fiables para convertir directamente el metano en otros combustibles y productos químicos con valiosas aplicaciones en el mundo real.
Estas estrategias incluyen métodos basados en catalizadores para provocar el acoplamiento oxidativo del metano a sustancias que contienen carbono diatómico del gas verde (C2 ). Sin embargo, esta reacción normalmente requiere condiciones ambientales extremas y desafiantes, debido a las características desfavorables de los termocatalizadores introducidos hasta ahora.
Investigadores del University College London de la Universidad de Liverpool han desarrollado recientemente un nuevo fotocatalizador que podría avanzar en el acoplamiento oxidativo del metano. Este fotocatalizador, presentado en Nature Energy , se basa en dióxido de titanio (TiO2 ) cargado con nanoclusters de oro (Au).
"El acoplamiento oxidativo fotocatalítico del metano (OCM) produce C2 "Moléculas que pueden usarse como componentes básicos para la síntesis de combustibles y productos químicos", escribieron Xiyi Li, Chao Li y sus colegas en el artículo. "Sin embargo, la tasa de rendimiento y la selectividad del C2 Los productos siguen siendo moderados debido a la naturaleza estable de las moléculas de metano."
Utilizando un método de pulverización catódica rápida, los investigadores pudieron cargar homogéneamente nanoclusters de Au en TiO2 , produciendo su nuevo y prometedor fotocatalizador. En las pruebas iniciales, una muestra optimizada de su fotocatalizador pareció funcionar notablemente bien, convirtiendo el metano en C2. a un ritmo elevado y sin requerir condiciones de reacción particularmente duras.
"Desarrollamos un TiO2 cargado con nanocluster de Au fotocatalizador mediante pulverización catódica, logrando una alta tasa de conversión de metano de 1,1 mmol h −1 , C2 selectividad de ~90% y eficiencia cuántica aparente de 10,3 ± 0,6%", explicaron Xiyi Li, Chao Li y sus colegas en el estudio.
"El C2 alto /C2+ La tasa de rendimiento es del mismo orden de magnitud que los catalizadores térmicos de referencia en procesos OCM operados a alta temperatura (>680 °C). Se ha demostrado que las nanopartículas de oro prolongan el TiO2 vida útil de los fotoelectrones por un factor de 66 para O2 reducción, junto con el Au que actúa como aceptor de huecos y centro catalítico para promover la adsorción de metano, la activación C-H y el acoplamiento C-C", continuaron.
En general, este estudio demuestra las ventajas de utilizar catalizadores basados en varios componentes con diferentes funciones y características para permitir el acoplamiento oxidativo del metano. Su fotocatalizador propuesto, Au60s/TiO2 , se descubrió que supera a muchos catalizadores previamente informados que pueden desencadenar esta reacción, en términos de estabilidad, tasa de conversión de metano y rendimiento de C2 .
En particular, el fotocatalizador del equipo también es fácil de fabricar, lo que podría facilitar su producción e implementación a gran escala. Más estudios pronto podrían ayudar a validar el rendimiento del nuevo Au60s/TiO2 fotocatalizador y evaluar su aplicabilidad en entornos del mundo real.
En el futuro, este estudio también podría allanar el camino para la fabricación de otros fotocatalizadores multimaterial prometedores para la conversión directa y fiable de metano. En conjunto, estos esfuerzos podrían ayudar a la valiosa utilización de las abundantes reservas de metano en la Tierra.
Más información: Xiyi Li et al, Abstracción de orificios eficiente para el acoplamiento oxidativo altamente selectivo de metano mediante TiO2 pulverizado con Au fotocatalizadores, Energía Natural (2023). DOI:10.1038/s41560-023-01317-5
Información de la revista: Energía de la naturaleza
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