Conversion of methane to methanol using Pdx-My/C (M = Ni and Cu) catalysts in polymeric electrolyte reactors - fuel cell type

As emissões antropogênicas de metano, são o segundo maior contribuinte para o aquecimento global atualmente. Desse modo, este estudo viabiliza a aplicação do metano como matéria prima para sua conversão em metanol, produtos parcialmente oxidados e cogeração de energia em um reator de eletrólito polimérico - tipo célula a combustível sobre catalisadores binários Pdx-My/C (M = Ni e Cu). Os catalisadores foram sintetizados com sucesso via NaBH4 e caracterizados por DRX, onde foi confirmada a estrutura cúbica de face centrada (CFC) para todos os materiais e formação das espécies como NiO e Ni(OH)2 para composições de PdxNiy e Cu2O e CuO para PdxCuy. Imagens de MET mostraram que as nanopartículas metálicas estão bem dispersas no suporte com pequenas regiões de aglomeração associadas a óxidos de Ni e Cu em concordância com o DRX. Os experimentos de RRDE confirmaram uma boa produção de H2O2 para os catalisadores, indicando a presença de intermediários como OH- resultantes do processo de ativação da água. As espécies observadas no DMS para Pdx-My/C (M = Ni e Cu) em diferentes composições foram metanol, dióxido de carbono e formiato de potássio com a adição de outros intermediários como: traços de éter dimétilico e formiato de metila. O mesmo também foi observado para PdxCuy, ou seja, estes também confirmados pelo FTIR, que adicionalmente apresentou carbonato, um possível produto da oxidação total do metano em meio alcalino. Os materiais mais promissores em quantificação de metanol foram: Pd/C, Pd90Ni10/C, Pd50Cu50/C e Pd90Cu10/C, no qual este comportamento poderia estar associado à formação de uma fina camada de PdO na superfície catalítica de Pd; e a reação de dissociação da água auxiliada por sítios óxofílicos característicos de espécies de óxidos de Ni e Cu.Anthropogenic methane emissions are the second largest contributor to global warming nowadays. Thus, this study enables the application of methane as a raw material for its conversion into methanol, partially oxidized products and energy cogeneration in a polymeric electrolyte reactor - fuel cell type on binary catalysts Pdx-My/C (M = Ni and Cu). The catalysts were successfully synthesized via NaBH4 and characterized by XRD, where the face centered cubic structure (FCC) was confirmed for all materials and the formation of species such as NiO and Ni(OH)2 for PdxNiy and Cu2O and CuO for PdxCuy bimetallics. TEM images showed that the metallic nanoparticles are well dispersed in the support with small agglomeration regions associated with Ni and Cu oxides in agreement with XRD. The RRDE experiments confirmed a good production of H2O2 for the catalysts, indicating the presence of intermediates such as OH- resulting from the water activation process. The species observed in the DMS for Pdx-My/C (M = Ni and Cu) in different compositions were methanol, carbon dioxide and potassium formate with the addition of other intermediates such as: traces of dimethyl ether and methyl formate for PdxCuy. The same was also observed for PdxCuy, that is, these were also confirmed by the FTIR, which additionally presented carbonate, a possible product of the total oxidation of methane in an alkaline medium. The most promising materials in methanol quantification were: Pd/C, Pd90Ni10/C, Pd50Cu50/C and Pd90Cu10/C, in which this behavior is probably associated with the formation of a thin layer of PdO on the catalytic surface of Pd; and the water dissociation reaction aided by oxophilic sites characteristic of Ni and Cu oxide species