Schema schematico del percorso di reazione per l'ossidazione del metano su nanosheet Au1/BP. Credito:LUO Laihao
I progressi nella tecnologia della fratturazione idraulica hanno permesso la scoperta di grandi riserve di gas naturale che contiene principalmente metano, e che viene principalmente bruciato direttamente, potenzialmente causa del riscaldamento globale. L'aggiornamento del metano all'energia più verde come il metanolo attraverso l'ossidazione aerobica è un modo ideale per risolvere il problema.
Tuttavia, le difficoltà risiedono nell'attivazione del metano e nel prevenire l'eccessiva ossidazione del metanolo. Il metano assume una struttura tetraedrica non polare stabile con un'elevata energia di dissociazione del legame CH, che richiede un'elevata energia per essere attivato. Nel frattempo il metanolo può essere facilmente sovra-ossidato ad anidride carbonica durante il processo. L'attivazione e la trasformazione direzionale del metano è considerata il "Santo Graal" della catalisi.
Un recente lavoro pubblicato su Comunicazioni sulla natura da un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Zeng Jie e LI Weixue del Laboratorio Nazionale di Scienze Fisiche di Hefei alla Microscala segna nuovi progressi. Hanno progettato e fabbricato singoli atomi di Au su fosforo nero (Au 1 /BP) nanofogli per l'ossidazione selettiva del metano in metanolo in condizioni blande con> Selettività del 99%.
Au 1 /BP nanosheets è stato in grado di catalizzare la reazione di ossidazione del metano con l'ossigeno come ossidante in condizioni di irradiazione. Sulla base di studi meccanicistici, acqua e O 2 sono stati attivati su Au 1 /BP nanosheet per formare gruppi idrossilici reattivi e radicali OH sotto irraggiamento luminoso. I gruppi idrossilici reattivi hanno permesso una lieve ossidazione del metano in CH 3 specie, seguita da ossidazione di CH 3 via radicali OH in metanolo.
Poiché l'acqua viene consumata per formare gruppi ossidrile e prodotta tramite la reazione di gruppi idrossilici con metano, l'acqua qui è completamente riciclata e quindi può anche essere considerata un catalizzatore.
Questo studio fornisce informazioni sul meccanismo di attivazione dell'ossigeno e del metano nell'ossidazione selettiva del metano, e offre una nuova comprensione del ruolo dell'acqua nel processo di reazione.
