O metano, como principal componente do gás de xisto, gás natural e gelo combustível, está entre os recursos energéticos mais promissores para a produção de produtos químicos de alto valor. No entanto, ainda é um desafio ativar o metano em condições amenas devido à alta simetria e baixa polarizabilidade das moléculas de metano.
Recentemente, um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Deng Dehui e Assoc. O professor Yu Liang do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) alcançou a conversão de metano à temperatura ambiente altamente eficiente em oxigenados C1 líquidos sobre nanofolhas de Ru bidimensionais (2D) ultrafinas com Cu confinado em treliça átomos.

Este estudo foi publicado em Chem Catalysis em 24 de agosto.

As nanofolhas metálicas 2D ultrafinas são materiais de matriz promissores para a criação de centros ativos para a ativação do metano confinando heteroátomos na rede. No entanto, a adaptação dificilmente controlável do ambiente de coordenação para os heteroátomos confinados nas nanofolhas 2D torna um desafio para a construção de sítios ativos eficazes para ativação de metano.

Neste estudo, os pesquisadores desenvolveram os catalisadores confinando átomos de Cu em nanofolhas metálicas 2D ultrafinas de Ru através de uma estratégia única de mecanismo de redução induzida por metais nobres, que permitiu uma conversão altamente seletiva de metano em oxigenados C1 líquidos sob temperatura ambiente.

Ao ajustar com precisão o conteúdo dos átomos de Cu confinados para otimizar seu ambiente de coordenação, eles conseguiram a produção de oxigenados C1 líquidos (CH₃ OOH e CH₃ OH) sobre o Ru₁₁ Catalisador Cu até um máximo de 1533 mmol g ^-1 Cu(surf.)h ^-1 com uma seletividade superior a 99% usando H₂ O₂ como o oxidante.

Análises espectroscópicas múltiplas e cálculos de primeiros princípios revelaram que espécies de oxigênio de sítio de ponte bicoordenadas geradas em sítios de Cu confinados na borda de Ru podem dissociar facilmente a ligação C-H do metano com uma barreira de energia moderadamente baixa e, assim, permitir a conversão de metano em temperatura ambiente. temperatura através de um mecanismo de radicais livres.

"Este estudo fornece uma estratégia para projetar catalisadores eficientes através da construção de centros ativos confinados na borda em nanofolhas metálicas para a ativação de ligações C-H em alcanos leves", disse o Prof. Deng. + Explorar mais

Pesquisadores convertem metano em ácido fórmico com alta eficiência em condições amenas