En un progreso importante para la producción de síntesis de eficiencia energética, los investigadores de Tu Wien y la Universidad Nacional de Singapur han conocido con éxito la conversión catalítica de metano a Synthesegas como Syngas, con la ayuda de la microscopía de electrones de transmisión de alta resolución (TEM). Los hallazgos, publicados en la revista Advanced Science, enfatizan la compleja operación de catalizadores basados en paladio durante la oxidación parcial de metano (POM), un proceso crucial en aplicaciones industriales.
Synthesegas, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, es esencial para varias industrias, en particular como materia prima para productos químicos y combustibles. Los métodos de producción tradicionales a menudo usan la reforma de vapor; Sin embargo, los investigadores están investigando alternativas más eficientes energéticamente que pueden convertir directamente el metano a través de POM sin causar oxidación, lo que resulta en CO2 y H2O no deseado.
El profesor Günther Ruppreucker del Instituto de Química de Materiales en Tu Wien enfatizó el papel continuo del metano en futuras fuentes de energía, lo que indica que, aunque está fuertemente vinculado al calentamiento global, sigue siendo un componente vital en la búsqueda de soluciones de energía renovable. Los esfuerzos de investigación para desarrollar métodos eficientes de conversión de metano están dirigidos principalmente a catalizadores basados en níquel, aunque Palladium recibe atención debido a su efectividad.
El centro de este estudio fue una investigación sobre cómo funcionan las nanopartículas de paladio en las reacciones catalíticas, en particular si el paladio o el óxido, formado durante el proceso katalítico, juega un papel principal. Para desentrañar esto, el equipo de investigación de Operando TEM utilizó, lo que les permite seguir la acción catalítica en tiempo real. Esto se complementó con espectrometría de masas para determinar los productos formados durante la reacción.
El aspecto computacional fue dirigido por Alexander Genest, quien anteriormente colaboró con el Centro de Computación A*Star High Performance en Singapur. Junto con Ph.D. La candidata Parinya Tangpakonsab, el equipo utilizó simulaciones de teoría funcional de densidad (DFT) para diseccionar la activación de metano y respuestas posteriores. Su objetivo era aclarar los mecanismos detrás de la oxidación parcial y total a nivel atómico.
Sorprendentemente, la investigación mostró que ni el paladio ni el óxido de paladio solo son suficientes para una catálisis óptima. En cambio, su acción combinada en la interfaz ha demostrado ser la más efectiva. En particular, el paladio facilita la deshidrogenación de metano en carbono e hidrógeno, mientras que el óxido de paladio juega un papel crucial en la oxidación del carbono en el monóxido de carbono.
Este esfuerzo de cooperación no solo arroja luz sobre los procesos fundamentales en la funcionalidad del catalizador, sino que también allana el camino para futuras innovaciones en reactores operativos en condiciones industriales. Rupprechter mencionó planes para mejorar sus posibilidades de operando TEM con nuevas células de reactores en TU Wien, con el objetivo de explorar más procesos catalíticos adicionales.
En conclusión, la sinergia entre el paladio y el óxido de paladio es un ejemplo del comportamiento complejo de los materiales catalíticos, que muestra que la conversión efectiva de metano depende de su dinámica cooperativa, una idea que puede conducir a técnicas de producción de Sygas más sostenibles en el futuro.
