TiO poroso dopado con Ga y cargado con Pt-SiO para el acoplamiento fotocatalítico no oxidativo del metano

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• La fotoquímica

Sus antecedentes:

• El acoplamiento no oxidativo fotoguiado del metano (NOCM) ofrece una vía sostenible para la producción de hidrógeno e hidrocarburos.
• El desarrollo de fotocatalizadores eficientes es crucial para el avance de la tecnología NOCM.

Objetivo del estudio:

• Fabricar y caracterizar un fotocatalizador Mott-Schottky para mejorar el NOCM.
• Investigar el papel del dopaje de Galio (Ga) y la carga de Platino (Pt) en la actividad fotocatalítica.
• Elucidar el mecanismo de disociación de enlaces C-H y la selectividad del producto.

Principales métodos:

• Fabricación de un microarray jerárquico poroso TiO2-SiO2 dopado con Ga con nanocúmulos de Pt.
• Caracterización utilizando el análisis experimental y los cálculos de la teoría funcional de la densidad de los primeros principios (DFT).
• Evaluación del rendimiento fotocatalítico para la conversión de metano y la producción de hidrógeno.

Principales resultados:

• Se ha logrado una tasa de conversión de metano de 3,48 μmol g−1 h−1 con una selectividad del 90% hacia el etano (C2H6).
• Se ha demostrado la producción continua de hidrógeno (36 μmol g-1) con una tasa de conversión de metano del ~28% durante 32 horas.
• Se identificó que el dopaje de Ga estabiliza las vacantes de oxígeno y promueve la formación de un par activo catiónico-aniónico Pt para una disociación eficiente de enlaces C-H.

Conclusiones:

• El fotocatalizador Pt/Ga-TiO2-SiO2 mejora significativamente el rendimiento del NOCM.
• El dopaje de Ga y la carga de Pt crean un sitio activo efectivo para la conversión de metano.
• La comprensión de los efectos del dopaje proporciona información para el diseño de fotocatalizadores avanzados para la producción química sostenible.