Rompiendo el Compromiso de Actividad-Selectividad para CH₄-a-C₂H₆ Fotoconversión

Área de la Ciencia:

• Fotocatálisis heterogénea
• Conversión de metano
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• Los métodos tradicionales de acoplamiento de metano (OCM y NOCM) se enfrentan a desafíos de selectividad y actividad, respectivamente.
• El exceso de oxidación limita la selectividad en OCM, mientras que NOCM sufre de termodinámica desfavorable.
• Existe la necesidad de estrategias eficientes y selectivas de conversión de metano en etano.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva vía fotocatalítica para la conversión de metano en etano que supere la compensación actividad-selectividad.
• Investigar un mecanismo activado por H2O2 que utilice radicales OH para la activación eficiente del metano.
• Lograr una alta productividad y selectividad del etano utilizando fotocatalizadores diseñados.

Principales métodos:

• Diseño y síntesis de las nanohojas Au-WO3 como fotocatalizador.
• Se utilizó la caracterización in situ, la espectroscopia de absorción transitorio en femtosegundos y los cálculos DFT para dilucidar el mecanismo de reacción.
• Realizó experimentos en un reactor de flujo de diseño propio bajo luz solar simulada y natural.

Principales resultados:

• Se logró una productividad de etano sin precedentes de 76,3 mol molAu−1 h−1 con una selectividad del 95,2% utilizando nanohojas Au-WO3.
• Se ha demostrado un alto rendimiento catalítico con un número de rotación (TON) de 1542,7 y una frecuencia de rotación (TOF) de 77,1 h−1.
• El mecanismo activado por H2O2 activa eficientemente el metano a través de radicales ·CH3, evitando los pasos endotérmicos y la recombinación radical.

Conclusiones:

• El mecanismo de acoplamiento de metano activado por H2O2 ofrece una alternativa superior a las vías tradicionales de OCM y NOCM.
• Las nanohojas Au-WO3 presentan un excelente rendimiento y potencial para aplicaciones prácticas, incluso bajo la luz solar natural.
• La estrategia propuesta muestra universalidad en varios sistemas de fotocatalizadores, avanzando en el campo de la conversión de metano.