Guld-fosfor nanoplader katalyserer naturgas til grønnere energi selektivt

Fremskridt inden for hydraulisk fraktureringsteknologi har gjort det muligt at opdage store reserver af naturgas, som primært indeholder metan, og som hovedsageligt brændes direkte, potentielt forårsage global opvarmning. Opgradering af metan til grønnere energi såsom methanol gennem aerob oxidation er en ideel måde at løse problemet på.

Alligevel ligger vanskelighederne i at aktivere metan og forhindre methanol i at overoxidere. Metan tager en stabil ikke-polær tetraedrisk struktur med høj dissociationsenergi af CH-bindingen, som kræver høj energi for at blive aktiveret. I mellemtiden kan methanol let overoxideres til kuldioxid under processen. Aktiveringen og retningsbestemt transformation af metan betragtes som katalysens 'hellige gral'.

Et nyligt værk udgivet i Naturkommunikation af et forskerhold ledet af prof. Zeng Jie og LI Weixue fra Hefei National Laboratory for Physical Sciences på Microscale markerer nye fremskridt. De designede og fremstillede Au-enkeltatomer på sort fosfor (Au ₁ /BP) nanoark til methanselektiv oxidation til methanol under milde forhold med> 99% selektivitet.

Au ₁ /BP nanosheets var i stand til at katalysere methanoxidationsreaktion med oxygen som oxidant under bestrålingsforhold. Baseret på mekanistiske undersøgelser, vand og O ₂ blev aktiveret på Au ₁ /BP nanosheets til at danne reaktive hydroxylgrupper og OH-radikaler under lysbestråling. De reaktive hydroxylgrupper muliggjorde mild oxidation af metan til CH ₃ arter, efterfulgt af oxidation af CH ₃ via OH-radikaler til methanol.

Da vand forbruges til at danne hydroxylgrupper og produceres via reaktion af hydroxylgrupper med metan, vand her genanvendes fuldstændigt og kan derfor også betragtes som en katalysator.

Denne undersøgelse giver indsigt i aktiveringsmekanismen af ​​oxygen og metan i methanselektiv oxidation, og giver en ny forståelse af vandets rolle i reaktionsprocessen.