Il metano è presente nel gas naturale che è abbondante nella crosta terrestre, e ha trovato molti usi nelle applicazioni moderne, principalmente come combustibile ardente. In alternativa, il metano può essere convertito in un'utile miscela di idrogeno e monossido di carbonio, chiamato "gas di sintesi, " per reazione con anidride carbonica nel cosiddetto dry reforming del metano (DRM). Tale reazione DRM viene definita "in salita" perché richiede il consumo di energia esterna; i reattori termici devono essere ad alta temperatura superiore a 800 gradi Celsius per una conversione efficiente Raggiungere temperature così elevate richiede la combustione di altri combustibili, con conseguenti massicce emissioni di gas serra, che sono la prima causa del cambiamento climatico. Inoltre, l'utilizzo di alte temperature provoca anche la disattivazione dei catalizzatori comunemente utilizzati per aggregazione e precipitazione di carbonio (cosiddetto coking).

Invece di affrontare tali inconvenienti dei sistemi di catalisi termica per la reazione DRM, i ricercatori hanno tentato di guidare la conversione del metano a temperature notevolmente inferiori utilizzando fotocatalizzatori attivati ​​dalla luce. Sebbene siano stati proposti vari materiali simili a fotocatalizzatori, si è rivelato difficile ottenere prestazioni di conversione accettabili a basse temperature.

Fortunatamente, un team di ricercatori, tra cui il Prof. Mashiro Miyauchi, ha identificato una promettente combinazione di materiali che può fungere da fotocatalizzatore efficace per la conversione del metano in gas di sintesi. Più specificamente, i ricercatori hanno scoperto che il titanato di stronzio combinato con nanoparticelle di rodio converte metano e anidride carbonica in gas di sintesi sotto irraggiamento luminoso a temperature molto più basse di quelle richieste nei reattori termici.

I ricercatori hanno determinato che il fotocatalizzatore proposto non solo era molto più stabile dei catalizzatori precedentemente testati, ma ma che evitava anche altri problemi, come l'aggregazione (aggregazione) e il coking ("fuliggine") delle particelle di catalizzatore. Più importante, come affermato dal Prof. Miyauchi, "Il fotocatalizzatore proposto ci ha permesso di superare ampiamente i limiti dei catalizzatori termici, ottenendo elevate prestazioni per la produzione di gas sintetico."

I ricercatori hanno anche chiarito i meccanismi fisici attraverso i quali il fotocatalizzatore proposto porta a una maggiore conversione del metano. Questa intuizione è particolarmente importante a causa delle implicazioni che ha per altri tipi di reazioni del metano. Il sistema attuale richiede l'irradiazione della luce ultravioletta (UV), che è solo una piccola parte della luce solare. Però, "Il presente studio fornisce un modo strategico per eseguire reazioni in salita utilizzando il metano e crea una connessione tra l'industria dei combustibili fossili e le applicazioni di energia rinnovabile. Ora stiamo sviluppando il sistema sensibile alla luce visibile". conclude il prof. Miyauchi. Si spera che questi risultati portino a sviluppi più ecocompatibili e contribuiscano a ridurre le emissioni di carbonio in futuro.

Lo studio è pubblicato su Catalisi della natura .