Methaan belooft energiebronnen voor de productie van chemicaliën met een hoge toegevoegde waarde. De omzetting van methaan in chemicaliën of brandstoffen met toegevoegde waarde onder milde omstandigheden is een van de meest besproken onderwerpen op het gebied van energie en katalyse geworden.

Echter, de hoge symmetrie en lage polariseerbaarheid van het methaanmolecuul maken het een uitdaging om methaan onder milde omstandigheden te activeren. In aanvulling, de doelproducten zijn meestal reactiever dan het methaan, en ze zijn onderhevig aan overoxidatie tot het broeikasgas CO ₂ .

Onlangs, een groep onder leiding van Prof. DENG Dehui en Assoc. Prof. Yu Liang van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academy of Sciences (CAS) zette methaan onder milde omstandigheden met hoge efficiëntie om in mierenzuur (HCOOH). Hun studie werd op 29 december gepubliceerd in Nano Energy.

De onderzoekers ontdekten dat zeer efficiënte en selectieve oxidatie van methaan tot HCOOH kon worden bereikt op de atomair gedispergeerde Fe-locaties binnen de kanalen van ZSM-5.

Door de verhouding silica-alumina en Fe-lading in de ZSM-5 aan te passen om de micro-omgeving van de actieve Fe-soorten te moduleren, ze bereikten een omzetfrequentie (TOF) van 84200 h ^-1 voor het produceren van C1-oxygenaten en een hoge HCOOH-selectiviteit van 91% met een productiviteit van 383,2 mmol gcat. ^-1 H ^-1 bij 80 graden C.

"Dit resultaat overtrof alle eerder gerapporteerde methaanconversiekatalysatoren die onder vergelijkbare omstandigheden werden gebruikt, " zei prof. DENG.

Verder, door verschillende karakteriseringen en dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen te combineren, ze ontdekten dat Fe-O-actieve plaatsen kunnen worden gegenereerd door H2O2-dissociatie op zowel de mononucleaire als binucleaire Fe-centra die zijn opgesloten in de kanalen van ZSM-5.

De Fe-O-actieve plaatsen zouden de activering en splitsing van de C-H-binding van methaan kunnen vergemakkelijken en daardoor de opeenvolgende oxidatie van methaan tot mierenzuur via methanol en formaldehyde via vrije radicalen kunnen bevorderen, terwijl de overoxidatie tot CO . wordt geremd ₂ .

Deze studie effent een nieuwe route voor het ontwerpen en construeren van met roosters begrensde actieve plaatsen voor een zeer efficiënte omzetting van methaan onder milde omstandigheden.