Metanomvandling till myrsyra på de atomiskt dispergerade Fe-ställena inneslutna i kanalerna för ZSM-5. Kredit:ZHU Kaixin och GAO Hehua
Metan lovar energiresurser för att producera kemikalier med högt förädlingsvärde. Metanomvandling till förädlade kemikalier eller bränslen under milda förhållanden har blivit ett av de hetaste ämnena inom energi och katalys.
Dock, den höga symmetrin och låga polariserbarheten hos metanmolekyler gör det utmanande att aktivera metan under milda förhållanden. Dessutom, målprodukterna är vanligtvis mer reaktiva än metan, och de utsätts för överoxidation till växthusgasen CO 2 .
Nyligen, en grupp ledd av Prof. DENG Dehui och Assoc. Prof. Yu Liang från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) omvandlade metan till myrsyra (HCOOH) med hög effektivitet under milda förhållanden. Deras studie publicerades i Nano Energy den 29 december.
Forskarna fann att mycket effektiv och selektiv oxidation av metan till HCOOH kunde uppnås på de atomärt spridda Fe-ställena inneslutna i kanalerna för ZSM-5.
Genom att justera förhållandet mellan kiseldioxid och aluminiumoxid och Fe-belastningen i ZSM-5 för att modulera mikromiljön för de aktiva Fe-arterna, de nådde en omsättningsfrekvens (TOF) på 84200 timmar -1 för framställning av Cl-oxygenater och en hög HCOOH-selektivitet på 91 % med en produktivitet på 383,2 mmol gcat. -1 h -1 vid 80 grader C.
"Detta resultat överträffade alla tidigare rapporterade metanomvandlingskatalysatorer som drivs under liknande förhållanden, " sa prof. DENG.
Vidare, genom att kombinera olika karakteriseringar och densitetsfunktionella teoriberäkningar, de fann att Fe-O-aktiva ställen kunde genereras från H2O2-dissociation på både mononukleära och binukleära Fe-centra instängda inom kanalerna för ZSM-5.
De aktiva Fe-O-ställena skulle kunna underlätta aktiveringen och klyvningen av C-H-bindningen av metan och därigenom främja successiv oxidation av metan till myrsyra genom metanol och formaldehyd via fria radikaler, samtidigt som den hämmar överoxidationen till CO 2 .
Denna studie banar en ny väg för att designa och konstruera gallerbegränsade aktiva platser för högeffektiv omvandling av metan under milda förhållanden.