Metan finns i den naturgas som finns rikligt i jordskorpan, och har hittat många användningsområden i moderna applikationer, främst som ett brinnande bränsle. Alternativt, metan kan omvandlas till en användbar blandning av väte och kolmonoxid, kallas "syntesgas, "genom reaktion med koldioxid i det som kallas torrreformering av metan (DRM). Denna DRM -reaktion beskrivs som" uppför "eftersom det kräver förbrukning av extern energi; termiska reaktorer måste ha en hög temperatur på mer än 800 grader Celsius för effektiv omvandling. Att nå så höga temperaturer kräver att andra bränslen bränns, resulterar i massiva utsläpp av växthusgaser, som är den främsta orsaken till klimatförändringarna. Dessutom, användningen av höga temperaturer orsakar också avstängning av vanligt använda katalysatorer på grund av aggregering och kolutfällning (så kallad koksning).

Istället för att hantera sådana nackdelar med termiska katalyssystem för DRM -reaktion, forskare har försökt driva omvandlingen av metan vid dramatiskt lägre temperaturer med hjälp av fotokatalysatorer aktiverade av ljus. Även om olika fotokatalysatorliknande material har föreslagits, det har visat sig vara utmanande att få acceptabla konverteringsprestanda vid låga temperaturer.

Lyckligtvis, ett team av forskare, inklusive professor Mashiro Miyauchi, identifierade en lovande kombination av material som kan fungera som en effektiv fotokatalysator för metanomvandling till syntesgas. Mer specifikt, forskarna fann att strontiumtitanat i kombination med rodiumnanopartiklar omvandlade metan och koldioxid till syntesgas under lätt bestrålning vid mycket lägre temperaturer än de som krävs i termiska reaktorer.

Forskarna bestämde att den föreslagna fotokatalysatorn inte bara var mycket stabilare än tidigare testade katalysatorer, men att det också undvek andra problem, såsom aggregering (klumpning) och kokning ("sotning") av katalysatorpartiklarna. Viktigast, enligt professor Miyauchi, "Den föreslagna fotokatalysatorn tillät oss att överstiga begränsningarna för termiska katalysatorer, ger hög prestanda för syntetisk gasproduktion. "

Forskarna belyste också de fysiska mekanismer genom vilka den föreslagna fotokatalysatorn leder till en förbättrad omvandling av metan. Denna insikt är särskilt viktig på grund av de konsekvenser den har för andra typer av metanreaktioner. Det nuvarande systemet kräver ultraviolett (UV) ljusstrålning, som bara är en liten del av solens ljus. Dock, "Föreliggande studie ger ett strategiskt sätt att utföra uppförsbackereaktioner med metan och skapar en koppling mellan fossila bränsleindustrin och applikationer för förnybar energi. Nu utvecklar vi det synliga ljuskänsliga systemet." avslutar prof. Miyauchi. Dessa resultat kommer förhoppningsvis att leda till en mer miljövänlig utveckling och bidra till att minska koldioxidutsläppen i framtiden.

Studien publiceras i Naturkatalys .