Wetenschap
Onderzoekers realiseren de elektrochemische omzetting van methaan en O₂ naar HCOOH bij kamertemperatuur
Directe conversie van CH4 en O2 voor chemicaliën met toegevoegde waarde is belangrijk voor de aardgasindustrie. Er blijven echter uitdagingen bestaan vanwege de moeilijkheidsgraad van O2 activering bij het vormen van actieve zuurstofsoorten voor CH4 activering onder milde omstandigheden.
Onlangs heeft een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Deng Dehui, Assoc. Prof. Cui Xiaoju en Yu Liang van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) realiseerden de elektrochemische conversie van CH4 door O2 tot HCOOH bij kamertemperatuur. Deze studie werd gepubliceerd in Journal of the American Chemical Society .
De onderzoekers ontwikkelden een hogedruk-elektro-Fenton-strategie om een hetero-homogeen proces tot stand te brengen voor de elektrokatalytische omzetting van CH4 door O2 op kamertemperatuur. Ze onthulden dat CH4 werd efficiënt geactiveerd door ·OH, dat werd geproduceerd via een heterogene elektroreductie van O2 naar H2 O2 op de Ag-foliekathode, gevolgd door een homogene Fe 2+ -gefaciliteerde H2 O2 ontbinding.
Bovendien ontdekten de onderzoekers dat de verhoogde druk niet alleen de productiviteit van H2 verbeterde O2 van O2 elektroreductie, maar verhoogde ook de kans op reactiebotsingen tussen CH4 en actieve ·OH in-situ gegenereerd uit Fe 2+ -gefaciliteerde ontleding van H2 O2 .
Vergeleken met de traditionele elektrokatalytische CH4 conversieproces met hoge overpotentiaal (>0,9 V) en lage Faradaïsche efficiëntie (<60%), bereikte het hogedruk elektro-Fenton-proces een HCOOH Faradaïsche efficiëntie van 81,4% met een ultralaag kathodische overpotentiaal van 0,38 V. De HCOOH-productiviteit bedroeg 11,5 mmol h -1 gFe -1 , wat 220 keer zo hoog was als de omgevingsdruk.
"Dit werk biedt een nieuwe manier voor een energie-efficiënte en duurzame conversie van CH4 door rechtstreeks O2 te gebruiken onder milde omstandigheden”, aldus prof. Deng.