天然ガスに関しては、慣れ親しんではいけません。今日、家計がそれなしで料理をすることはできません。天然ガスの主な成分はメタンであり、これは最も単純な炭化水素化合物の1つです。メタンの開発と利用を加速することは、エネルギーと化学産業のグリーンで持続可能な開発を実現するための鍵です。燃料としての直接的な使用に加えて、メタンはC1リソースとして使用することもできます。つまり、炭素原子を含む分子であり、メタノールなどの高価値化化学物質を調製するために変換され続けることができます。酸など。メタンを酸素で燃やして、水と二酸化炭素を形成できます。燃焼がなければ、軽度の条件下でメタン分子の炭化水素結合を活性化して変換することは可能ですか？答えはイエスです！これは、触媒の分野での「聖杯」反応です。 「聖杯」に関連する反応は、非常に厳しい条件下で実行する必要がある場合や、非常に安定した化合物の活性化、低い化学物質の活性化など、化学反応の固有の困難を克服する必要がある場合があるため、非常に困難なことがよくあります。降伏、および選択性が低い。これらの課題により、これらの反応を実現することは困難になりますが、それらを成功裏に達成できれば、科学的研究と産業用途の重要なブレークスルーにつながります。
1.低温でのメタンの変換におけるchallメタンを低温または室温で安価な酸素を備えた他の有用な化学物質に直接変換することは非常に困難ですが、なぜそれがなぜですか？メタンと酸素の性質を見てみましょう。メタンの化学構造には、高度に対称的なオルテトラヘドラル構成を形成する4つの同一のカーボン水素結合（CH）が含まれており、メタンの各CH3-H結合の結合エネルギーは最大435 kJ/molです。メタンのCH結合は特に強い春と考えることができます。この春は非常に緊張しており、伸びるために多くの力が必要です。化学では、この「力」は、CH結合を破るのに必要なエネルギーです。この高い結合エネルギーにより、メタンのCH結合は熱力学的に安定しており、通常の条件下で分解または反応することが非常に困難になります。一方、化学反応では、反応群は通常、極性相互作用の下で生成されます（極性相互作用は、分子が一方の端を積極的に帯電させ、もう一方の端を負に帯電させる現象です）。そのような極性を生成することから（分子構成によると、対称平面を持つ分子には極性がありません）、反応基を提供できません。したがって、メタンの活性化と変換は非常に困難であり、通常、メタンの活性化を支援するために、高温（600〜1100°C）または超強化酸やフリーラジカルなどの「極端性」などの過酷な条件を必要とします。したがって、メタンと酸素の低温活性化を実現することの主な困難は、メタンのCH結合を活性化する方法、つまりCH結合の「ばね」を伸ばす方法にあります。 2.触媒の奇跡科学者はこの問題の適切な解決策を思いつき、触媒を使用して低温でメタンを活性化するのに役立つことを選択しました（触媒は、反応の前または後に変化しない化学物質ですが、最小量を変更することで反応を高速化します。反応が起こるために注入する必要があるエネルギーの）。 2023年、ジャーナルNature触媒は、特定のモリブデンを使用して、メタンと酸素とC1酸化物（メタノール（CH3OH）、およびメチレングリコール（HOCH2OH））への直接的な変換を達成するプロセスについて報告しました（MOS2）（MOS2） 25°Cでの触媒。 4.2％およびほぼ100％C1酸素酸のメタン変換は、周囲条件下でメタンと酸素を価値のあるC1酸素酸に変えることにより達成されました。このMOS2は、これまでに報告された唯一の触媒であり、メタンと酸素の室温変換を実現できます。これはすべて、MOS2の端にあるMOサイトのユニークなジオメトリと電子構造によるものです。このMOサイトは、水性環境で酸素に対して高い活性化活性を持ち、魔法のo = mo = o*種を形成します。この種により、カーボン水素結合がメタンのCH結合の活性化エネルギーを破壊して減少させ、メタンの反応性を大幅に増加させ、メタンと酸素の低温活性化を実現します。この発見は、将来のエネルギーの利用と環境保護の可能性をより深くもたらし、触媒と補助者の驚くべき役割をより深く理解することができます。
3.メタンの低温活性化の有意な戦略的意義室温でメタンと酸素の直接的な触媒変換を実現し、天然ガス中のメタンを他の有用な化学物質に変換することで、天然ガスの利用率を大幅に改善し、廃棄物を減らし、環境をよりよく保護し、エネルギーの持続可能な発展を実現できます。 。第二に、温室効果ガスとして、メタンは地球温暖化への貢献において二酸化炭素に次ぐ2番目です。メタンを他の物質に変換できる場合、大気汚染物質（酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素、エーテル化合物など）の放出を削減し、地球温暖化の圧力を緩和するのに役立ちます。
