O hidrocarboneto metano é altamente abundante na Terra, mas sabe-se agora que a sua libertação contribui para picos de temperatura e alterações climáticas. Nos últimos anos, os pesquisadores têm tentado desenvolver métodos confiáveis ​​para converter diretamente o metano em outros combustíveis e produtos químicos com aplicações valiosas no mundo real.



Essas estratégias incluem métodos baseados em catalisadores para estimular o acoplamento oxidativo do metano a substâncias contendo o gás verde carbono diatômico (C₂ ). Esta reação, no entanto, normalmente requer condições ambientais extremas e desafiadoras, devido às características desfavoráveis ​​dos termocatalisadores introduzidos até agora.

Pesquisadores da University College London, Universidade de Liverpool, desenvolveram recentemente um novo fotocatalisador que poderia promover o acoplamento oxidativo do metano. Este fotocatalisador, introduzido em Nature Energy , é baseado em dióxido de titânio (TiO₂ ) carregado com nanoaglomerados de ouro (Au).

"Acoplamento oxidativo fotocatalítico de metano (OCM) produz C₂ moléculas que podem ser usadas como blocos de construção para a síntese de combustíveis e produtos químicos”, escreveram Xiyi Li, Chao Li e seus colegas no artigo. “No entanto, a taxa de rendimento e a seletividade do C₂ os produtos ainda são moderados devido à natureza estável das moléculas de metano."

Usando um método de pulverização catódica rápida, os pesquisadores conseguiram carregar nanopartículas de Au de maneira homogênea em TiO₂ , produzindo seu novo fotocatalisador promissor. Nos testes iniciais, uma amostra otimizada de seu fotocatalisador pareceu funcionar notavelmente bem, convertendo metano em C₂ a uma taxa elevada e sem exigir condições de reação particularmente severas.

"Desenvolvemos um TiO₂ carregado com nanoclusters de Au fotocatalisador por uma abordagem de pulverização catódica, alcançando uma alta taxa de conversão de metano de 1,1 mmol h ⁻¹ , C₂ seletividade de ~90% e eficiência quântica aparente de 10,3 ± 0,6%", explicaram Xiyi Li, Chao Li e seus colegas no estudo.

"O alto C₂ /C₂₊ a taxa de rendimento é da mesma ordem de grandeza que os catalisadores térmicos de referência em processos OCM operados em alta temperatura (>680 °C). Foi demonstrado que nanopartículas de Au prolongam o TiO₂ vida útil dos fotoelétrons por um fator de 66 para O₂ redução, juntamente com Au atuando como um aceitador de buracos e centro catalítico para promover a adsorção de metano, ativação de C – H e acoplamento C – C”, continuaram.

No geral, este estudo demonstra as vantagens da utilização de catalisadores baseados em diversos componentes com diferentes funções e características para possibilitar o acoplamento oxidativo do metano. O fotocatalisador proposto, Au60s/TiO₂ , descobriu-se que supera muitos catalisadores relatados anteriormente que podem desencadear esta reação, em termos de estabilidade, taxa de conversão de metano e rendimento de C₂ .

Notavelmente, o fotocatalisador da equipe também é fácil de fabricar, o que poderia facilitar sua produção e implantação em larga escala. Mais estudos poderão em breve ajudar a validar o desempenho do novo Au60s/TiO₂ fotocatalisador e avaliar sua aplicabilidade em configurações do mundo real.

No futuro, este estudo também poderá abrir caminho para a fabricação de outros fotocatalisadores multimateriais promissores para a conversão direta e confiável de metano. Coletivamente, estes esforços poderiam ajudar na utilização valiosa das abundantes reservas de metano na Terra.

Mais informações: Xiyi Li et al, Abstração eficiente de buracos para acoplamento oxidativo altamente seletivo de metano por TiO pulverizado com Au₂ fotocatalisadores, Energia da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41560-023-01317-5
Informações do diário: Energia da Natureza

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