Acoplamento fotocatalítico não oxidativo de metano a etileno sobre catalisadores de ZnO / Au dopados com carbono
Uma conversão fotocatalítica estequiométrica de metano via 2CH4 =C2 H4 + 2H2 é alcançado em relação ao C-ZnO / Au devido à redução da energia de ligação excitônica e ao oxigênio da rede estável. Crédito:Science China Press Um estudo sobre o acoplamento fotocatalítico não oxidativo de metano ao etileno sobre catalisadores de ZnO/Au dopados com carbono foi publicado pelo Prof. Wei Xiao (Faculdade de Química e Ciências Moleculares, Universidade de Wuhan) e Dr. Universidade de Wuhan).
Uma conversão fotocatalítica de metano em compostos multicarbonados continua sendo um enorme desafio devido à sua alta energia de dissociação das ligações C-H e à dinâmica lenta dos portadores de carga. O fotocatalisador ZnO dopado com carbono modificado com Au (C-ZnO / Au) é construído por uma abordagem de automontagem assistida por modificação interfacial para conversão fotocatalítica de metano.
Beneficiando-se da presença de interfaces C-ZnO/Au, o catalisador não apenas reduz a energia de ligação excitônica para melhorar a separação do portador de carga fotogerada, mas também aumenta a estabilidade do oxigênio da rede para suprimir C2 H4 superoxidação.
Além disso, este catalisador híbrido também acelera a geração de Zn
+
–O
–
pares para ativar ligações C − H, estabiliza o intermediário da reação (*OCH3 ) para alcançar o acoplamento C-C, e promove a geração de Zn de baixa valência para acelerar a desidrogenação do *OC2 H5 em C2 H4 .
Portanto, um desempenho estável de conversão fotocatalítica de metano pode ser alcançado em C-ZnO/Au com uma geração estequiométrica de etileno e hidrogênio.
"Devido à alta energia de dissociação do metano e à complexa estrutura superficial dos catalisadores, é de grande importância correlacionar a estrutura do centro ativo com suas reatividades. A estrutura do C-ZnO/Au é resolvida pelo cálculo da teoria do funcional da densidade , e o mecanismo de conversão altamente seletiva de metano em etileno é revelado pela caracterização in situ", diz Xiao.
Surgem assim algumas implicações para o projeto de fotocatalisadores para conversão de metano:1) melhorar a eficiência de separação de portadores de carga fotogerada do catalisador para promover a conversão de metano; 2) promover a transferência de elétrons para os orbitais antiligantes da ligação C − H para acelerar a ativação do metano; 3) estabilizar o intermediário da reação para melhorar o acoplamento C-C.
O estudo foi publicado na revista Science China Chemistry .
Mais informações: Jing Wang et al, Acoplamento fotocatalítico não oxidativo de metano a etileno sobre catalisadores de ZnO/Au dopados com carbono, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1766-8 Fornecido pela Science China Press
