Schematische weergave van de fotogestuurde CH4 carbonylering met CO en O2 naar CH3COOH over de RhZn-MoS2/TiO2 en de vergelijking van katalytische activiteit voor verschillende katalysatoren. Krediet: Li Yanan en Liu Huan
In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatieeen onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Deng Dehui, Assoc. Prof. Cui Xiaoju en prof. Yu Liang van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een zeer efficiënte fotogestuurde carbonylering van methaan (CH4) met koolzuur (CO) en zuurstof (O2) tot azijnzuur (CH3COOH) met behulp van een nano-heterostructuurkatalysator.
Deze katalysator beschikt over dubbele Rh-Zn-atoomparen die zijn opgesloten binnen een MoS2 rooster, geïntegreerd met TiO2 nanodeeltjes. Deze innovatieve katalysator maakt een CH mogelijk3COOH-productiviteit van 152 μmol gcat.-1 H-1en een omzetfrequentie van 62 uur-1 met een hoge selectiviteit van 96,5%.
De directe conversie van CH4 tot hoogwaardige multi-koolstof (C2+) oxygenaten, zoals CH3COOH biedt onder milde omstandigheden een veelbelovende route voor het opwaarderen van aardgas tot transporteerbare vloeibare chemicaliën.
De oxidatieve carbonylering van CH4 met CO en O2 naar CH3COOH onder milde omstandigheden is voor CH een aantrekkelijke en milieuvriendelijke route4 gebruik. Dit proces brengt echter complexe reacties met zich mee, waaronder de activering van O2efficiënte CH4 activering en regelbare C-C-koppeling. Het is dan ook een grote uitdaging om CH te bereiken4CO en O2 naar CH3COOH met zowel hoge katalytische activiteit als selectiviteit voor milde CH4 conversie.
In deze studie toonden de onderzoekers aan dat de actieve OH-soort, gegenereerd uit O2 fotoreductie op de Zn-plaats door proton-gekoppelde elektronenoverdracht, bevordert CH4 dissociatie naar CH3 soort. Deze CH3 soorten koppelen dan gemakkelijk met geadsorbeerd CO op de aangrenzende Rh-site, wat leidt tot zeer selectieve CH3COOH-formatie.
Bovendien bieden de dubbele Rh-Zn-atoompaarlocaties afzonderlijke katalytische locaties voor C-H-activering en C-C-koppeling, waardoor een synergetisch effect ontstaat dat de typische wisselwerking tussen activiteit en selectiviteit in CH overwint.4 carbonylatie.
“Onze studie opent een nieuwe horizon voor het ontwerp van efficiënte katalysatoren en biedt een nieuw pad voor fotogestuurde CH4 carbonylering tot CH3COOH,” zei prof. Deng.
Meer informatie:
Yanan Li et al, MoS2-beperkt Rh-Zn-atoompaar verhoogt de fotogestuurde methaancarbonylering tot azijnzuur, Natuurcommunicatie (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-54061-z
Tijdschriftinformatie:
Natuurcommunicatie
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen
