Los investigadores construyen fotocatalizadores altamente selectivos para el acoplamiento no oxidativo del metano
La capacidad de transformación alcanza el mismo nivel que la termocatálisis, pero la fotocatálisis se produce en condiciones relativamente suaves
El metano (CH4) es el principal componente del gas natural líquido. Sin embargo, la combustión del metano genera una cantidad crítica de dióxido de carbono, por lo que el uso de esta fuente de energía contradice el concepto de química verde.
Ilustración esquemática del Pdn/TiO2 construido.
ZHANG Wenqing et al.
Por ello, la transformación del metano en productos químicos de mayor valor añadido es cada vez más importante.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor XIONG Yujie y el profesor LONG Ran de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS) y sus colaboradores desarrollaron un fotocatalizador que potencia la transformación de CH4 en etano (C2H6) e hidrógeno con una alta selectividad.
El estudio se publicó en Nature Communications el 19 de mayo.
El acoplamiento no oxidativo del metano (NOCM) es una reacción química que permite obtener compuestos de varios carbonos e hidrógeno. La fotocatálisis basada en óxidos permite que el NOCM se produzca en condiciones relativamente suaves.
Sin embargo, el fotocatalizador de óxido metálico no es tan selectivo, y el proceso de reacción no es duradero, debido a la sobreoxidación del metano en medio del contacto con el oxígeno de la red.
En esta investigación, los investigadores lograron una NOCM fotocatalítica duradera con alta actividad y alta selectividad mediante la ingeniería de la banda de valencia. Construyeron unidades de Pd-O4 en la superficie de un fotocatalizador común, el TiO2. Así, se redujo la contribución de los sitios de O a la banda de valencia del catalizador, y la unidad de Pd-O4 contribuyó en gran medida a la banda de valencia, proporcionando más sitios reactivos y disminuyendo la sobreoxidación.
El dopaje elemental se utiliza para estabilizar el oxígeno de la red cerca de la superficie, y aumentar aún más la duración de la reacción catalítica a más de 24 horas.
Con el fotocatalizador recién construido, la selectividad del C2H6 alcanzó el 94,3%, junto con una tasa de producción de 0,91 mmol g-1 h-1. Esta capacidad de transformación alcanza el mismo nivel que la de la termocatálisis, pero la fotocatálisis se produce en condiciones relativamente suaves.
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