温室効果ガスであるメタンの害をどうやって取り除くのでしょうか? 自然界の最も強い絆を断つ

ニューデリー: 科学者らは、金属触媒にX線ビームの短いフラッシュを照射することで、最も強力な温室効果ガスの1つであるメタン(CH4)を分解し、より危険性の低い化合物に変換することに成功した。

彼らは初めて、40年前の理論を観察し、エネルギーをほとんど使わずに炭素-水素(CH)結合がどのような化学プロセスで切断されるのかを説明した。

6月1日にサイエンスジャーナルに掲載されたこの研究は、スウェーデンのウプサラ大学の科学者らが主導し、スイスのポール・シェラー研究所、ストックホルム大学、ハンブルク大学、ドイツのX線研究レーザー施設であるヨーロッパXFELと協力した。

メタンは、動物の飼育と世界中で進行中の凍った地面の解凍の結果として、加速度的に環境中に放出されています。

それを危険性が少なく、実際には有益な化合物に変換すれば、関連する危険性が排除され、エタノールやメタノールなどの有用な化学物質が得られるでしょう。

ただし、このプロセスには、自然界で最も強い化学結合の 1 つである CH 結合を切断する最初のステップが必要です。

結合が非常に強い理由は、水素原子が炭素原子よりもはるかに小さいため、結合エネルギーが高くなるためです。 両方の原子核間の距離が小さいため、より大きな引力が存在します。

40年前、研究者らは分子状金属触媒がCH結合を分割できることを発見しており、可視光を短時間フラッシュすることで触媒を活性化し、メタン化合物を分解することができた。 しかし、この研究は、急激な温度や圧力の変化を必要とせずに、電子の一部の交換がどのように行われるかを強調しています。

「メタンには 4 つの CH 結合があり、その 1 つだけを切断することができれば、その化合物は有用なものに変換できます。結合を切断するのにかかる通常のエネルギーコストは不経済です。しかし、光エネルギーを使用すると、それを切断して変換することができます」エタノールやメタノールなどの他の有用な化学物質に変換されます」と研究の筆頭著者であるアンバー・バナジー氏はThePrintに語った。

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研究チームは、高オクタン価溶液に入れられたロジウム触媒を使用して、X線吸収分光法（XAS）と呼ばれる技術で実験を行った。 彼らは、世界で最も強力な 2 つの X 線フラッシュ源、X 線レーザー SwissFEL と X 線シンクロトロン スイス光源を使用しました。

X 線ビームによる触媒の最初の活性化は 400 フェムト秒 (0.0000000000004 秒) 以内に起こり、最後の CH 結合は 14 ナノ秒 (0.000000014 秒) 後に壊れたため、結合はすぐに壊れました。

次に、研究者らは高度な量子化学計算を実行し、金属触媒と CH 基の間で電荷がどのように流れるかを特定しました。 彼らは、電荷がどのように金属から CH 結合上に流れ、金属中心に結合する接着剤のように作用するかを観察することができました。 しかし、金属から CH 結合への電子の逆流中に、その流れが「ハサミのように機能」して結合が切れます」とバナジー氏は述べた。

「…これらの発見に基づいて、CH 結合をより簡単に切断できる、より効率的な触媒のインテリジェントな設計を行うことができます。より効率的な触媒は、メタンというこの無駄な資源をより良く、より経済的に利用することを意味します。」と彼は言いました。

(編集：スムリティ・シンハ)

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