Conocimientos mecanicistas sobre la oxidación selectiva inducida por radicales del metano sobre los catalizadores de nitruro de boro no metálico

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Reacciones de oxidación
• Conversión del metano

Sus antecedentes:

• Los materiales no metálicos a base de boro (B2O3, BN) son prometedores para la oxidación selectiva de alcano, suprimiendo el CO2.
• Los mecanismos catalíticos y los sitios activos para los catalizadores a base de boro, especialmente para el metano, siguen siendo objeto de debate.
• El nitruro de boro hexagonal (h-BN) se investiga por su potencial en la oxidación del metano.

Objetivo del estudio:

• Elucidar el mecanismo de reacción de la oxidación aeróbica del metano sobre el nitruro de boro hexagonal (h-BN).
• Investigar el papel del h-BN en la generación de especies activas y el control de la selectividad.
• Desarrollar un modelo cinético para la oxidación del metano sobre el h-BN.

Principales métodos:

• Evaluación del rendimiento catalítico para la oxidación aeróbica del metano.
• Caracterización estructural de los catalizadores.
• Estudios cinéticos (espacio vacío, carga del catalizador, efectos de conversión del metano).
• Espectroscopía de masas de fotoionización ultravioleta sincrotrón in situ.
• Los cálculos teóricos.

Principales resultados:

• h-BN exhibe una alta selectividad para el formaldehído y el CO en la oxidación del metano, con un período de inducción.
• Las especies activas de óxido de boro se forman in situ en h-BN, lo que explica el período de inducción.
• Los datos cinéticos indican que el h-BN actúa como un generador de radicales para las reacciones de fase gaseosa, a diferencia del B2O3 / Al2O3 dominante en la superficie.
• El radical metilo (CH3•) se identifica como la especie primaria que inicia la red de oxidación en fase gaseosa.
• La abstracción moderada de H por los radicales CH3• y CH3OO• facilita el control de la selectividad y la anti-overoxidación.

Conclusiones:

• La oxidación del metano sobre el h-BN se produce principalmente a través de un mecanismo radical en fase gaseosa iniciado por los radicales metilo.
• El papel de h-BN como generador de radicales es distinto de los mecanismos de reacción de superficie observados con B2O3 / Al2O3.
• Los hallazgos proporcionan un modelo cinético revisado y una comprensión más profunda de la selectividad del catalizador basado en boro en la oxidación del metano.