Single-atoms coordenados em nitretos de carbono grafítico para conversão fotocatalítica de metano

Resumo

Catalisadores baseados em single atoms de metais possuem configurações eletrônicas e distribuição molecular únicas, as quais podem levar a excelentes atividades catalíticas. A estabilização de single-atoms em suportes heterogêneos é uma estratégia poderosa para melhorar o turnover catalítico e diminuir a quantidade de metais em uma reação. Além disso, propriedades de catalisadores homogêneos podem ser alcançadas em sistemas heterogêneos de single atoms, com as vantagens intrínsecas de materiais sólidos como estabilidade e fácil separação. Nitretos de carbono cristalinos surgem como um interessante suporte para single atoms de metais por meio de um método simples e controlado. Tais metais podem ser empregados em diferentes reações químicas. Surgindo como alternativa aos combustíveis fósseis tradicionais para fornecimento de energia, o metano é uma fonte de carbono com enormes reservas em potencial. Apesar de sua abundância, o metano é um gás estufa e sua emissão tem um impacto no aquecimento global 25 vezes maior do que o dióxido de carbono. É necessário converter esse excesso de metano em outros produtos químicos de maior valor agregado. A fotocatálise é considerada uma das melhores alternativas para a conversão direta do metano em outros produtos de alto valor, pois utiliza radiação eletromagnética (UV ou visível) para conduzir reações químicas em condições brandas (baixas temperaturas e pressões). Além disso, pode fornecer uma rota menos oxidativa, evitando a superoxidação em CO e CO2, aumentando a seletividade para produtos oxigenados como metanol e etanol. Neste projeto, pretendemos sintetizar nitretos de carbono em sua estrutura poli (heptazina imida) (PHI) e introduzir single atoms de metais de transição por meio de um método de troca catiônica, recentemente desenvolvido pelo nosso grupo. Esses catalisadores serão aplicados em reações fotocatalíticas de oxidação do metano em condições brandas, para a produção de produtos oxigenados visando a obtenção principalmente do metanol, uma molécula plataforma da indústria petroquímica. (AU)