A conversão de metano a metanol representa atualmente uma importante alternativa para o controle das mudanças climáticas no planeta, uma vez que o gás carbônico e o metano são os principais gases de geração de efeito estufa na atmosfera terrestre. Além disso, o metanol é um importante reagente químico para processos industriais e um combustível que pode substituir derivados de petróleo. A fotocatálise heterogênea tem sido apresentada na literatura como uma rota promissora para conversão de metano a metanol pois, diferentemente de outros processos, possibilita que a reação seja conduzida à temperatura e pressão ambiente. A presente tese de doutorado visou a fabricação de um Eletrodo de Difusão Gasosa (EDG) contendo fotocatalisadores, no nosso caso, uma composição de dois semicondutores na condição de heterojunção Tipo II, de trióxido de tungstênio (WO₃) e dióxido de titânio (TiO₂) nas composições atômicas (0:100, 5:95, 10:90:, 15:85 e 20:80). A síntese foi realizada a partir de pó de óxido de titânio e de ácido tungstíco via reação com solução de borohidreto de sódio. A configuração desse EDG é objeto de inovação desse trabalho. Uma fina camada de eletrocatalisador WO₃/TiO₂ é assentada numa camada difusora de carbono, ambos acomodados numa superficie porosa de aço inoxidável, todos em forma de disco. O estudo incluiu também o projeto, usinagem e montagem de dois reatores fotoeletroquímicos, um do tipo descontínuo (batelada) e outro tipo contínuo (fluxo), para alojar o EDG. Os fotocatalisadores de WO₃/TiO₂ foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios X, voltametria cíclica e espectroscopia Raman. As atividades fotocatalíticas para conversão de metano a metanol dessas composições foram avaliadas à temperatura de 25 ºC e pressão ambiente sob exposição de luz visível e UV. A quantificação da conversão de metano/metanol foi obtida com base nos resultados de espectroscopia Raman. Os resultados de caracterização dos materiais sintetizados mostraram que a fase anatásio da titânia foi mantida após a formação da fase triclínica do trióxido de tungstênio e fração de fase amorfa. A adição de óxido tungstênio à titânia diminui os valores de bandgap eletroquímico. A conversão de metano a metanol em ambos os reatores, contínuo e descontínuo, foi efetiva. No reator descontínuo, na condição de luz visível, o eletrocatalisador WO₃/TiO₂ de melhor performance foi a composição atômica 10:90 (taxa de conversão metano a metanol de 0,0034 mol.L^-1). Em condição de irradiação UV, a conversão metano a metanol também é observada, entretanto a taxa de conversão é reduzida para 0,0009 mol.L^-1 devido à formação radial superóxido, que consome o metano e metanol produzido, e com a formação mais acentuda de ácido fórmico e formaldeído. Nas mesmas condições reacionais, em regime contínuo a conversão metano a metanol é mais eficiente em concentrações de 15 e 20 mol% de óxido de tungstênio. Este comportamento deve-se ao menor tempo de residência dos reagentes no sistema reacional. A maior taxa de conversão atingida em reator contínuo em meio de água deionizada e em luz visível, foi de 0,05 mol.L^-1 na composição 20:80. Em um sistema fotoeletrocatalítico, a conversão é intensificada atingido valores superiores a 0,08 mol.L^-1 para o fotocatalisador de titânia com 10 mol% de óxido de tungstênio.

The conversion of methane to methanol currently represents an important alternative for controlling climate change on the planet, since carbon dioxide and methane are the main greenhouse gases in the Earth's atmosphere. In addition, methanol is an important chemical reagent for industrial processes and a fuel that can replace derivatives from petroleum. Heterogeneous photocatalysis has been presented in the literature as a promising route to convert methane to methanol because, unlike other processes, the reaction can be carried out at room temperature and pressure. The present thesis focused on the fabrication of a Gas Diffusion Electrode (GDE), which holds photocatalysts, in our case, a composition of two semiconductors in the condition of Type II heterojunction, of tungsten trioxide (WO₃) and titanium dioxide (TiO₂) in atomic compositions (0:100, 5:95, 10:90, 15:85: and 20:80). The synthesis was carried out from titanium oxide powder and tungstic acid via reaction with sodium borohydride solution. The configuration of this GDE is an innovation of this work. A thin layer of WO₃/TiO₂ electrocatalyst is placed on a carbon diffusing layer, both accommodated on a porous stainless steel surface, all in disc form. The study also included the design, machining and assembly of two photoelectrochemical reactors, one of the discontinuous type (batch) and the other continuous type (flow), to allocate the GDE. The WO₃/TiO₂ photocatalysts were characterized by transmission electron microscopy, X-ray diffraction, cyclic voltammetry and Raman spectroscopy. The photocatalytic activities for methane to methanol conversion of these compositions were evaluated at 25 ºC and ambient pressure under visible and UV light exposure. Quantification of methane/methanol conversion was obtained based on Raman spectroscopy results. The characterization results of the synthesized materials showed that the anatase phase of titania was maintained after the formation of the triclinic phase of tungsten trioxide and amorphous phase fraction. The addition of tungsten oxide to titania decreases the electrochemical bandgap values. The conversion of methane to methanol in both reactors, continuous and batch, were effective. In the batch reactor, under visible light conditions, the WO₃/TiO₂ electrocatalyst of better performance were the atomic composition 10:90 (methane to methanol conversion rate of 0.0034 mol.L^-1). Under UV irradiation condition, methane to methanol conversion is also observed. However, the rate of conversion is reduced to 0.0009 mol.L^-1 due to the radial superoxide formation, which consumes methane and the produced methanol, as well as due to the more accentuated formation of formic acid and formaldehyde. In same reactions conditions, in a continuous regime, methane to methanol conversion is more efficient in concentrations of 15 and 20 mol% of tungsten oxide. This behavior is due to the minor residence time of the reagents in the reaction system. The highest conversion rate achieved in continous reactor in deionized water medium and in visible light, was 0.05 mol.L^-1 in the 20:80 composition. In a photoelectrocatalytic system, the conversion is intensified reaching values greater than 0.08 mol.L^-1 for titania photocatalysts containing 10 mol% of tungsten oxide.