Conversão eletroquímica de CH4 e O2 em HCOOH

Os pesquisadores realizam a conversão eletroquímica de CH4 e O2 em HCOOH à temperatura ambiente. Crédito: JACS

Uma equipe do Instituto de Física Química de Dalian fez um grande avanço na conversão de metano em fórmica ácido usando oxigênio à temperatura ambiente por meio de um processo eletro-Fenton de alta pressão, alcançando eficiência e produtividade significativamente maiores do que os métodos tradicionais.

Conversão direta de metano (CH4) e oxigênio (O2) para produtos químicos de valor agregado é importante para as indústrias de gás natural. No entanto, os desafios permanecem devido à dificuldade de O2 ativação na formação de oxigênio ativo espécies para CH4 ativação sob condições brandas.

Recentemente, um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Dehui Deng, Assoc. O professor Xiaoju Cui e Liang Yu do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) realizaram a conversão eletroquímica de CH4 por O2 em ácido fórmico (HCOOH) à temperatura ambiente. Este estudo foi publicado no Jornal da Sociedade Química Americana.

Os pesquisadores desenvolveram uma estratégia eletro-Fenton de alta pressão para estabelecer um processo heterogêneo para conversão eletrocatalítica de CH4 por O2 à temperatura ambiente. Eles revelaram que CH4 foi eficientemente ativado por ·OH, que foi produzido através de uma eletrorredução heterogênea de O2 para H2Ó2 no cátodo da folha Ag, seguido por um Fe homogêneo2+-H facilitado2Ó2 decomposição.

Além disso, os pesquisadores descobriram que a pressão elevada não só melhorou a produtividade do H2Ó2 de O2 eletro-redução, mas também aumentou a probabilidade de colisão da reação entre CH4 e ·OH ativo in-situ gerado a partir de Fe2+-decomposição facilitada de H2Ó2.

Comparado com o CH eletrocatalítico tradicional4 processo de conversão com alto sobrepotencial (> 0,9 V) e baixa eficiência Faradaica (<60%), o processo eletro-Fenton de alta pressão alcançou uma eficiência HCOOH Faradaica de 81,4% com um sobrepotencial catódico ultrabaixo de 0,38 V. A produtividade do HCOOH foi de 11,5 mmol h-1 gFe-1que era 220 vezes maior que a pressão ambiente.

“Este trabalho fornece uma nova maneira de conversão energeticamente eficiente e sustentável de CH4 usando diretamente O2 sob condições amenas”, disse o Prof. Deng.

Referência: “Eletro-Fenton de alta pressão conduzindo conversão de CH4 por O2 à temperatura ambiente” por Yao Song, Xiao Yang, Huan Liu, Suxia Liang, Yafeng Cai, Wenqiang Yang, Kaixin Zhu, Liang Yu, Xiaoju Cui e Dehui Deng, 26 Janeiro de 2024, Jornal da Sociedade Química Americana.
DOI: 10.1021/jacs.3c10825



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