In questo contesto, la conversione catalitica del metano in metanolo o altre sostanze chimiche ha attirato molta attenzione da parte degli scienziati, desiderosi di trovare soluzioni più efficienti dal punto di vista energetico e sostenibili. Tra i catalizzatori recentemente segnalati, le zeoliti contenenti rame (Cu) si sono mostrate promettenti per la conversione da metano a metanolo in condizioni blande. Sfortunatamente, la resa e la selettività della maggior parte dei catalizzatori segnalati sono state basse, il che significa che insieme al metanolo vengono generate grandi quantità di sottoprodotti indesiderati.

In un recente studio pubblicato su Nature Communications , un gruppo di ricerca comprendente il professore associato Toshiyuki Yokoi del Tokyo Institute of Technology, in Giappone, ha studiato un nuovo tipo di catalizzatore bifunzionale di zeolite. È interessante notare che questa zeolite a base di alluminosilicato contenente Cu è in grado di convertire il metano e il protossido di azoto, un altro gas serra, direttamente in composti preziosi attraverso una serie di reazioni intermedie.

Una delle domande chiave affrontate dai ricercatori riguardava il modo in cui la distribuzione spaziale dei diversi siti attivi nel catalizzatore influenzava il risultato delle reazioni. A tal fine, hanno preparato più catalizzatori utilizzando non solo diverse concentrazioni di Cu e siti acidi (protoni) in soluzioni acquose, ma anche diverse tecniche di miscelazione fisica per campioni solidi.

Attraverso varie tecniche sperimentali e analitiche, i ricercatori hanno scoperto che la vicinanza tra Cu e siti acidi era cruciale per determinare i prodotti finali. Più specificamente, hanno riferito che quando i siti di Cu erano vicini l’uno all’altro, il metanolo prodotto nei siti di Cu dal metano aveva una maggiore probabilità di essere sovraossidato da un sito di Cu adiacente, trasformandolo in anidride carbonica. Al contrario, quando i siti di Cu e i siti acidi erano vicini tra loro, il metanolo reagiva invece con il protossido di azoto in un sito acido adiacente per produrre preziosi idrocarburi e innocuo gas azoto.

"Abbiamo concluso che per una produzione stabile ed efficiente di metanolo e, in ultima analisi, di idrocarburi utili dal metano, è necessario distribuire uniformemente i siti di rame e quelli acidi e tenerli a una distanza adeguata l'uno dall'altro", spiega Yokoi. "Abbiamo anche scoperto che la distribuzione dei prodotti ottenuti è influenzata anche dalle proprietà acide e dalla struttura dei pori del catalizzatore zeolite."

Uno dei vantaggi più notevoli del catalizzatore proposto è la sua capacità di sostenere reazioni tandem, ovvero un processo semplice che unisce più passaggi in uno solo ed elimina contemporaneamente due diversi gas serra dannosi. Questa proprietà sarà fondamentale per rendere attraenti tali sistemi catalitici in un ambiente industriale.

"Si spera che il nostro lavoro possa guidare gli sforzi futuri per ottenere l'ossidazione del metano in metanolo e aprire strade per promuovere la sintesi di idrocarburi utilizzando il metanolo come intermedio", conclude Yokoi.