Metano (CH₄ ) e dióxido de carbono (CO₂ ) são os dois principais gases de efeito estufa que causam o aquecimento global. A tecnologia de reforma a seco do metano (DRM) pode utilizar simultaneamente dois gases de efeito estufa para produzir hidrogênio (H₂ ) e monóxido de carbono (CO), o que significa que o DRM é uma das estratégias ideais para reduzir o efeito estufa.



No entanto, CH₄ e CO₂ têm alta estabilidade termodinâmica, portanto o processo DRM térmico convencional sempre requer alta energia térmica para ativar CH₄ e CO₂ . O desenvolvimento da tecnologia fotocatalítica oferece mais oportunidades para iniciar reações DRM sob condições amenas.

Porém, devido à rápida recombinação de portadores de carga fotoexcitados, a eficiência fotocatalítica ainda é insatisfatória. Foi relatado que a construção de campos elétricos incorporados em fotocatalisadores é uma estratégia confiável para melhorar a dinâmica de transferência de carga. Portanto, espera-se que projetar fotocatalisadores com campos elétricos internos para controlar o comportamento de transferência de carga lide com o desafio acima.

Recentemente, as equipes de pesquisa lideradas pelo Prof. Huimin Liu da Universidade de Tecnologia de Liaoning, China, e pelo Dr. -reforma seca fotocatalítica assistida de metano. Esta revisão foi publicada no Chinese Journal of Catalysis .

Este artigo apresenta primeiro o mecanismo de reação fundamental do DRM e dos catalisadores térmicos tradicionais para DRM. Posteriormente, foram resumidas as vantagens e potenciais materiais fotocatalíticos para aplicação de DRM fotocatalítico (PDRM), com foco em três tipos de fotocatalisadores com campos elétricos incorporados:

(1) Fotocatalisadores baseados em materiais ferroelétricos, que geram campos elétricos incorporados por polarização espontânea permanente a partir de efeitos ferroelétricos.

(2) Fotocatalisadores com estruturas de heterojunção, que desencadeiam um campo elétrico interno na heterointerface. Devido à estrutura de lacuna escalonada nas heterojunções tipo II, um campo elétrico interno é formado na interface, resultando nos processos separados de oxidação e redução sobre diferentes superfícies semicondutoras. Além disso, a heterojunção do esquema Z pode manter portadores de carga com alto redox através de um campo elétrico de interface para recombinar cargas com baixa capacidade redox. Assim, a eficiência do PDRM poderia ser melhorada por diferentes estruturas de heterojunção.

(3) Fotocatalisadores com campos termoelétricos incorporados gerados por ressonância plasmônica de superfície local (LSPR). Nanopartículas metálicas são candidatas adequadas para acelerar a transferência de carga e ativar reagentes por meio de ressonância, levando a estruturas eletrônicas descontínuas em metais que criam campos elétricos locais entre as nanopartículas metálicas e a luz visível no infravermelho próximo (Vis-NIR).

Vários estudos demonstraram que a atividade e a seletividade de um produto específico são aumentadas pela fotocatálise assistida por plasmon, o que destaca o grande potencial do LSPR para melhorar a eficiência fotocatalítica (ou fototérmica-catalítica). Além dos fotocatalisadores acima, o desenvolvimento da tecnologia PDRM leva a mais requisitos para a compreensão do mecanismo de reação ou elucidação do papel de componentes específicos em fotocatalisadores.

Portanto, esta revisão também apresenta tecnologia avançada de caracterização in-situ e cálculos teóricos, fornecendo conhecimentos básicos para jovens pesquisadores envolvidos neste campo nos estágios iniciais.

Embora muitos esforços tenham sido feitos na área do PDRM, ainda existem alguns desafios que precisam de ser ultrapassados. Por fim, com base nos resultados da investigação existente, esta revisão resume os principais desafios e propõe estratégias viáveis, incentivando investigações mais aprofundadas neste campo no futuro.

Mais informações: Yiming Lei et al, Avanços recentes na reforma a seco fotocatalítica do metano assistida por campo elétrico integrado, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64520-6
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências