La conversion directe du méthane présente des avantages tels qu'une faible consommation d'énergie, moins de processus et une meilleure rentabilité. Cependant, il est difficile d’activer le méthane à température ambiante en raison de l’énergie de dissociation élevée des liaisons C-H du méthane. De plus, les produits cibles, tels que le méthanol, l'acide acétique et d'autres composés oxygénés, sont sujets à une suroxydation, entraînant la génération de CO2 . Par conséquent, la conception de catalyseurs à haute activité et sélectivité est importante.
Dans une étude publiée dans Angewandte Chemie International Edition , un groupe dirigé par le professeur Zhang Tao, le professeur Wang Xiaodong et Assoc. Le professeur Huang Chuande de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le groupe du professeur Chang Chunran de l'Université Jiaotong de Xi'an, a réalisé la conversion directe et efficace du méthane par le biais d'un atome unique. catalyse à température ambiante.
Les chercheurs ont proposé une stratégie impliquant la modification de la molécule de CO pour réguler la structure électronique du catalyseur monoatomique M1 -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe), qui améliore l'efficacité de la conversion directe du méthane. Ils ont réalisé la conversion catalysante du méthane avec H2 O2 comme oxydant à température ambiante (25 °C). La fréquence de rotation (TOF) de Pd1 -ZSM-5 a atteint 207 h -1 avec près de 100 % de sélectivité envers les composés oxygénés.
En combinant la caractérisation expérimentale avec les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), les chercheurs ont découvert que l'atome de C dans la molécule de CO a tendance à se coordonner avec le Pd1 atome unique, transférant des électrons du CO au centre d'oxygène actif L-Pd1 -O (L =CO), entraînant la réduction de la barrière de dissociation des liaisons C-H du méthane, de 1,27 eV à 0,48 eV.
De plus, cette stratégie a montré une bonne universalité en tant que TOF du M1 -Les catalyseurs de la série ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe) pourraient être augmentés de 3,2 à 11,3 fois grâce à la modification de la molécule de CO.
"Nous avons développé le M1 supporté par un tamis moléculaire réglable électroniquement. -O centres actifs isolés, fournissant une nouvelle méthode pour réaliser une conversion sélective du méthane en produits chimiques dans des conditions douces", a déclaré le professeur Wang.
Plus d'informations : Weibin Xu et al, Réglage électronique Metal-Oxo via une décoration in situ de CO pour promouvoir la conversion du méthane en oxygénés sur des catalyseurs à atome unique, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI :10.1002/anie.202315343
Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
