Caracterização estrutural e análise de Au60s/TiO2. a – c, imagem SEM de vista superior (a) e imagem EDX da membrana Au60s / TiO2 (b para elemento Ti, c para elemento Au). d – i, imagem SEM de vista lateral (d) e imagem EDX da membrana Au60s / TiO2 (e para elemento Ti, f para elemento Au). Imagem STEM-HAADF de Au60s/TiO2. Crédito: Li et al. (Energia da Natureza2023).
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 Energia da Naturezaé 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 e promissor fotocatalisador. Nos testes iniciais, uma amostra otimizada do seu fotocatalisador pareceu funcionar notavelmente bem, convertendo metano em C2 a uma taxa elevada e sem exigir condições de reação particularmente severas.
“Desenvolvemos um TiO carregado com nanoclusters de Au2 fotocatalisador por uma abordagem de pulverização catódica, alcançando uma alta taxa de conversão de metano de 1,1 mmol h−1C2 seletividade de ~90% e eficiência quântica aparente de 10,3 ± 0,6%”, explicaram Xiyi Li, Chao Li e seus colegas no estudo.
“O dó alto2/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). Demonstrou-se 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/TiO2descobriu-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
© 2023 Science X Network
Citação: Equipe desenvolve novo fotocatalisador de dióxido de titânio rico em nanoclusters de ouro para o acoplamento oxidativo de metano (2023, 13 de setembro) recuperado em 13 de setembro de 2023 em https://phys.org/news/2023-09-team-gold-nanocluster-rich- dióxido de titânio.html
Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa privada, nenhuma parte pode ser reproduzida sem permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.
