온실가스인 메탄을 어떻게 제거할 수 있나요? 자연의 가장 강한 유대 중 하나를 끊으세요

뉴델리: 과학자들은 금속 촉매에 X선 광선을 짧게 쏘아 가장 강력한 온실가스 중 하나인 메탄(CH4)을 분해하여 덜 위험한 화합물로 전환할 수 있었습니다.

그들은 처음으로 40년 된 이론을 관찰하고 에너지를 거의 사용하지 않고 탄소-수소(CH) 결합을 분리하는 화학적 과정을 설명했습니다.

6월 1일 사이언스 저널에 발표된 이 연구는 스웨덴 웁살라 대학의 과학자들이 스위스의 Paul Scherrer 연구소, 스톡홀름 대학, 함부르크 대학 및 독일의 X선 연구 레이저 시설인 유럽 XFEL과 협력하여 주도했습니다.

메탄은 동물 사육과 전 세계적으로 얼어붙은 땅이 계속해서 녹고 있는 결과로 점점 더 빠른 속도로 환경으로 배출되고 있습니다.

이를 덜 위험하고 실제로 유익한 화합물로 변환하면 관련 위험을 제거하고 에탄올 및 메탄올과 같은 유용한 화학 물질을 제공할 수 있습니다.

그러나 이 과정에는 자연의 가장 강한 화학 결합 중 하나인 CH 결합을 끊는 초기 단계가 필요합니다.

결합이 강한 이유는 수소 원자가 탄소 원자보다 훨씬 작아 결합 에너지가 더 높기 때문입니다. 두 핵 사이의 거리가 작기 때문에 인력이 더 커집니다.

40년 전 연구자들은 분자 금속 촉매가 CH 결합을 분리할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 여기서 짧은 가시광선이 촉매를 활성화하여 메탄 화합물을 분해할 수 있었습니다. 그러나 이 연구는 급격한 온도나 압력 변화가 필요하지 않은 전자의 일부 교환이 어떻게 이루어지는지 강조합니다.

"메탄에는 4개의 CH 결합이 있는데 하나만 끊을 수 있다면 화합물은 유용한 것으로 전환될 수 있습니다. 결합을 끊는 데 드는 일반적인 에너지 비용은 비경제적입니다. 그러나 빛 에너지를 사용하면 끊어지고 전환될 수 있습니다. 이 연구의 주요 저자인 Ambar Banerjee는 ThePrint에 말했습니다.

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연구팀은 X선 흡수 분광법(XAS)이라는 기술로 실험을 수행하기 위해 고옥탄가 용액에 놓인 로듐 촉매를 사용했습니다. 그들은 세계에서 가장 강력한 두 가지 X선 플래시 소스인 X선 레이저 SwissFEL과 X선 싱크로트론 스위스 광원을 사용했습니다.

X선 빔에 의한 촉매의 초기 활성화가 400펨토초(0.0000000000004초) 이내에 발생하면서 결합이 빠르게 끊어진 반면, 최종 CH 결합은 14나노초(0.000000014초) 후에 끊어졌습니다.

그런 다음 연구진은 고급 양자화학 계산을 수행하고 금속 촉매와 CH 그룹 사이에 전하가 어떻게 흐르는지 확인했습니다. 그들은 전하가 어떻게 금속에서 CH 결합으로 흘러 금속 중심에 접착제처럼 작용하는지 관찰할 수 있었습니다. 그러나 금속에서 CH 결합으로 전자가 역방향으로 흐르는 동안 흐름이 '가위처럼 작용'하여 결합이 끊어집니다."라고 Banerjee는 말했습니다.

"...이러한 발견을 바탕으로 CH 결합을 더 쉽게 끊을 수 있는 보다 효율적인 촉매의 지능적인 설계가 이루어질 수 있습니다. 보다 효율적인 촉매는 이 낭비되는 자원인 메탄을 보다 효율적이고 경제적으로 활용하는 것을 의미할 것입니다."라고 그는 말했습니다.

(Smriti Sinha 편집)

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