Equipe modula o estado eletrônico de catalisadores de átomo único por decoração molecular de CO para conversão eficiente de metano
A decoração de CO in situ pode ajustar significativamente o estado eletrônico do centro metal-oxo em catalisadores de átomo único para promover a produção de oxigenados. O Pd1-ZSM-5 ativado por CO exibe a maior frequência de renovação de 207 h−1 e ~100 % de seletividade para oxigenação com H2O2 como oxidante a 25° C. Crédito:Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202315343 A conversão direta de metano tem vantagens como baixo consumo de energia, menos processos e melhor economia. No entanto, é difícil ativar o metano à temperatura ambiente devido à alta energia de dissociação das ligações CH do metano. Além disso, os produtos alvo, como metanol, ácido acético e outros oxigenados, são propensos à oxidação excessiva, resultando na geração de CO
2 . Portanto, o projeto de catalisadores com alta atividade e seletividade é importante.
Em um estudo publicado na Angewandte Chemie International Edition , um grupo liderado pelo Prof. Zhang Tao, Prof. Wang Xiaodong e Assoc. O professor Huang Chuande do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em colaboração com o grupo do Prof. Chang Chunran da Universidade Xi'an Jiaotong, percebeu a conversão direta eficiente de metano através de átomo único catálise à temperatura ambiente.
Os pesquisadores propuseram uma estratégia envolvendo a modificação da molécula de CO para regular a estrutura eletrônica do catalisador de átomo único M1 -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe), que aumenta a eficiência da conversão direta de metano. Eles realizaram a catalisação da conversão de metano com H2 O2 como oxidante à temperatura ambiente (25 °C). A frequência de rotatividade (TOF) de Pd1 -ZSM-5 atingiu 207 horas
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com quase 100% de seletividade para oxigenados.
Combinando a caracterização experimental com cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT), os pesquisadores descobriram que o átomo C na molécula de CO tende a se coordenar com o Pd1 único átomo, transferindo elétrons do CO para o centro de oxigênio ativo L-Pd1 -O (L =CO), resultando na redução da barreira de dissociação das ligações CH do metano, de 1,27 eV para 0,48 eV.
Além disso, esta estratégia exibiu boa universalidade como TOF do M1 Os catalisadores da série -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe) podem ser aumentados em 3,2 a 11,3 vezes através da modificação da molécula de CO.
"Desenvolvemos o M1 com suporte de peneira molecular sintonizável eletronicamente -O isolou centros ativos, fornecendo um novo método para obter a conversão seletiva de metano em produtos químicos sob condições amenas", disse o Prof. Wang.
