Как избавиться от парникового газа метана? Разорвите одну из самых крепких связей природы

Нью-Дели: С помощью коротких вспышек рентгеновских лучей на металлический катализатор ученые смогли разрушить метан (CH4), один из самых мощных парниковых газов, превратив его таким образом в менее опасное соединение.

Впервые они наблюдали теорию 40-летней давности и объяснили, какие химические процессы приводят к расщеплению связи углерод-водород (CH) практически без использования энергии.

Исследование, опубликованное в журнале Science 1 июня, было проведено учеными из шведского университета Упсалы в сотрудничестве с Институтом Пауля Шеррера в Швейцарии, Стокгольмским университетом, Гамбургским университетом и европейским XFEL, рентгеновским исследовательским лазерным центром в Германии.

Метан выбрасывается в окружающую среду все более быстрыми темпами в результате выращивания животных и продолжающегося таяния мерзлой почвы по всему миру.

Преобразование его в менее опасные и, по сути, полезные соединения устранило бы связанные с этим опасности и обеспечило бы полезные химические вещества, такие как этанол и метанол.

Однако этот процесс требует начального этапа разрыва связи CH, одной из самых прочных химических связей в природе.

Причина, по которой связь такая прочная, заключается в том, что атом водорода намного меньше атома углерода, что приводит к более высокой энергии связи. Сила притяжения больше из-за меньшего расстояния между ядрами обоих.

Сорок лет назад исследователи обнаружили, что молекулярные металлические катализаторы могут расщеплять связи CH, при этом короткая вспышка видимого света могла активировать катализатор, разрушая соединение метана. Однако это исследование подчеркивает, как происходит обмен долями электронов, который не требует резких изменений температуры или давления.

«В метане четыре связи CH, и если мы сможем разорвать хотя бы одну, соединение можно будет превратить во что-то полезное. Обычные затраты энергии на разрыв связи неэкономичны. Но с использованием энергии света ее можно разорвать и преобразовать». в другие полезные химические вещества, такие как этанол или метанол», — рассказал ThePrint Амбар Банерджи, ведущий автор исследования.

Также читайте:Как брачный призыв привел индийских и немецких учёных к открытию новых видов зелёных древесных лягушек в Аруначале

Команда использовала родиевый катализатор, который был помещен в высокооктановый раствор, для проведения экспериментов по методу, называемому рентгеновской абсорбционной спектроскопией (XAS). Они использовали два самых мощных источника рентгеновских вспышек в мире — рентгеновский лазер SwissFEL и рентгеновский синхротрон Swiss Light Source.

Связь разорвалась быстро, поскольку первоначальная активация катализатора рентгеновскими лучами произошла в течение 400 фемтосекунд (0,0000000000004 секунды), а окончательная связь CH разорвалась через 14 наносекунд (0,000000014 секунды).

Затем исследователи выполнили расширенные квантово-химические расчеты и определили, как электрический заряд течет между металлическим катализатором и группой CH. Им удалось наблюдать, как заряд перетекал из металла на связь CH, действуя как клей, связывающий его с металлическим центром. Но во время обратного потока электронов от металла к связи CH связь разрывается, поскольку поток «действует как ножницы», — сказал Банерджи.

«…на основании этих результатов можно разработать разумную конструкцию более эффективных катализаторов, которые смогут легче разорвать связь CH. Более эффективные катализаторы будут означать лучшее и более экономичное использование этого ненужного ресурса, которым является метан», — сказал он.

(Под редакцией Смрити Синхи)

Также читайте:Прорыв в «цифровом мосте между мозгом и позвоночником» помог парализованному человеку снова ходить и восстановить контроль над конечностями

Подписывайтесь на наши каналы в YouTube и Telegram.

Поддержите нашу журналистику

Индии нужна справедливая, без дефисов и подвергающая сомнению журналистика, наполненная репортажами с мест событий. ThePrint – с выдающимися репортерами, обозревателями и редакторами – делает именно это.

Чтобы поддерживать это, нужна поддержка таких замечательных читателей, как вы.

Живете ли вы в Индии или за границей, вы можете оформить платную подписку, нажав здесь.