Conversione del metano in acido formico sui siti di Fe atomicamente dispersi confinati all'interno dei canali di ZSM-5. Credito:ZHU Kaixin e GAO Hehua
Il metano è una risorsa energetica promettente per la produzione di sostanze chimiche ad alto valore aggiunto. La conversione del metano in prodotti chimici o combustibili a valore aggiunto in condizioni miti è diventata uno dei temi più scottanti nel campo dell'energia e della catalisi.
Però, l'elevata simmetria e la bassa polarizzabilità della molecola di metano rendono difficile l'attivazione del metano in condizioni miti. Inoltre, i prodotti target sono solitamente più reattivi del metano, e sono soggetti a sovraossidazione al gas serra CO 2 .
Recentemente, un gruppo guidato dal Prof. DENG Dehui e Assoc. Il prof. Yu Liang del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha convertito il metano in acido formico (HCOOH) ad alta efficienza in condizioni blande. Il loro studio è stato pubblicato su Nano Energy il 29 dicembre.
I ricercatori hanno scoperto che l'ossidazione altamente efficiente e selettiva del metano in HCOOH potrebbe essere ottenuta sui siti di Fe a dispersione atomica confinati all'interno dei canali di ZSM-5.
Regolando il rapporto silice-allumina e il caricamento di Fe nello ZSM-5 per modulare il microambiente delle specie di Fe attive, hanno raggiunto una frequenza di turnover (TOF) di 84200 h -1 per la produzione di ossigenati C1 e un'elevata selettività HCOOH del 91% con produttività di 383,2 mmol gcat. -1 h -1 a 80 gradi C.
"Questo risultato ha superato tutti i catalizzatori di conversione del metano precedentemente riportati operati in condizioni simili, " ha detto il Prof. DENG.
Per di più, combinando varie caratterizzazioni e calcoli della teoria del funzionale della densità, hanno scoperto che i siti attivi Fe-O potrebbero essere generati dalla dissociazione di H2O2 su entrambi i centri Fe mononucleari e binucleari confinati all'interno dei canali di ZSM-5.
I siti attivi Fe-O potrebbero facilitare l'attivazione e la scissione del legame CH del metano e quindi promuovere la successiva ossidazione del metano in acido formico attraverso metanolo e formaldeide tramite percorsi di radicali liberi, inibendo la sovraossidazione a CO 2 .
Questo studio apre una nuova strada per progettare e costruire siti attivi confinati a reticolo per una conversione altamente efficiente del metano in condizioni miti.
