A superfície fundida de um material à base de sódio pode auxiliar na conversão direta de metano em blocos de construção úteis.

Para que o gás natural seja convertido de forma eficiente em produtos industriais úteis, é necessário o processo catalítico correto. Pesquisadores da KAUST e dos Estados Unidos combinam técnicas de última geração para caracterização de materiais para demonstrar uma via de reação única que mostra que os catalisadores fundidos à base de sódio podem fornecer todas as espécies químicas necessárias para otimizar o processo.

Radicais livres, moléculas com um elétron de valência desemparelhado, como o radical hidroxila, desempenham um papel crucial na conversão industrialmente importante de gás natural, principalmente metano, ao etileno:um composto orgânico vital que forma os blocos de construção de muitas commodities e polímeros. Para aprimorar esse processo, conhecido como acoplamento oxidativo, é vital desenvolver catalisadores seletivos.

A equipe KAUST - liderada por Kazuhiro Takanabe e seu aluno Abdulaziz Khan - usou ferramentas in situ para medir o estado de um catalisador sob condições de reação. Eles descobriram que as espécies ativas na reação catalítica que sai da superfície fundida do tungstato de sódio, um produto químico necessário para a reação, é o peróxido de sódio. Este catalisador é único em que, em vez de ativar o metano diretamente, primeiro ativa a água e depois gera radicais hidroxila gasosos.

O acoplamento oxidativo de metano converte metano e oxigênio em etileno em um único reator. Pesquisas anteriores no laboratório de Takanabe indicaram que usando tungstato de sódio em temperaturas acima de 700 ° C, a presença de água pode aumentar a taxa de conversão de metano e aumentar a seletividade do produto. Isso poderia ocorrer potencialmente através da formação de radicais hidroxila e peróxido de sódio, mas não havia nenhuma evidência direta da presença dessas espécies.

Agora, Takanabe e seus co-autores fornecem evidências diretas da formação desses radicais livres na superfície fundida do tungstato de sódio. Eles combinam uma ampla gama de técnicas experimentais, incluindo difração de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão de varredura, espectrometria de fluorescência induzida por laser e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, observar uma camada externa de tungstato de sódio fundido que é rica em hidróxido de sódio. "Identificamos exclusivamente a fase ativa do catalisador em um estado único sob as condições de reação, "explica Takanabe.

Isso, por sua vez, confirma que um catalisador à base de sódio pode formar radicais hidroxila a partir de uma mistura de oxigênio e água, uma reação que nunca foi vista. "Este catalisador e a via de reação única têm grande potencial para uso em várias reações catalíticas para conversão de gás natural, refinaria de petróleo e reações de combustão, "diz Takanabe.

Mais amplamente, esse sucesso também demonstra a importância de combinar técnicas espectroscópicas e microscópicas locais para entender melhor a química da fase gasosa em alta temperatura.