La conversione diretta del metano presenta vantaggi come un basso consumo energetico, meno processi e una migliore economia. Tuttavia, è difficile attivare il metano a temperatura ambiente a causa dell'elevata energia di dissociazione dei legami C-H del metano. Inoltre, i prodotti target, come metanolo, acido acetico e altri ossigenati, sono soggetti a sovraossidazione, con conseguente generazione di CO2 . Pertanto, la progettazione di catalizzatori con elevata attività e selettività è importante.
In uno studio pubblicato su Angewandte Chemie International Edition , un gruppo guidato dal Prof. Zhang Tao, dal Prof. Wang Xiaodong e dall'Assoc. Il Prof. Huang Chuande del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il gruppo del Prof. Chang Chunran dell'Università di Xi'an Jiaotong, ha realizzato l'efficiente conversione diretta del metano attraverso un singolo atomo catalisi a temperatura ambiente.
I ricercatori hanno proposto una strategia che prevede la modifica della molecola di CO per regolare la struttura elettronica del catalizzatore a singolo atomo M1 -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe), che aumenta l'efficienza della conversione diretta del metano. Hanno realizzato la catalizzazione della conversione del metano con H2 O2 come ossidante a temperatura ambiente (25 °C). La frequenza di turnover (TOF) di Pd1 -ZSM-5 ha raggiunto 207 h -1 con quasi il 100% di selettività verso gli ossigenati.
Combinando la caratterizzazione sperimentale con i calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT), i ricercatori hanno scoperto che l'atomo di C nella molecola di CO tende a coordinarsi con l'atomo di Pd1 singolo atomo, trasferendo elettroni da CO al centro attivo dell'ossigeno L-Pd1 -O (L =CO), con conseguente riduzione della barriera di dissociazione dei legami C-H del metano, da 1,27 eV a 0,48 eV.
Inoltre, questa strategia ha mostrato una buona universalità come TOF del M1 I catalizzatori della serie -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe) potrebbero essere aumentati da 3,2 a 11,3 volte attraverso la modifica della molecola di CO.
"Abbiamo sviluppato il M1 supportato da setaccio molecolare sintonizzabile elettronicamente -O centri attivi isolati, che forniscono un nuovo metodo per ottenere la conversione selettiva del metano in sostanze chimiche in condizioni blande," ha affermato il prof. Wang.
Ulteriori informazioni: Weibin Xu et al, Sintonizzazione elettronica metallo-osso tramite decorazione di CO in situ per promuovere la conversione del metano in ossigenati su catalizzatori a singolo atomo, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202315343
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
