그것이 천연 가스에 관해서는, 당신은 그것에 익숙하지 않아야하며, 오늘날에는 어떤 가정도 그것없이 요리 할 수 없습니다. 천연 가스의 주요 성분은 가장 간단한 탄화수소 화합물 중 하나 인 메탄입니다. 메탄의 개발과 활용을 가속화하는 것은 에너지 및 화학 산업의 녹색과 지속 가능한 개발을 실현하는 열쇠입니다. 연료로서 직접 사용하는 것 외에도 메탄은 C1 자원, 즉 탄소 원자를 함유하고 메탄올, 공식과 같은 고 부가가치 화학 물질을 준비하기 위해 계속 변환 될 수있는 분자로도 사용될 수 있습니다. 산 등. 메탄은 산소로 연소되어 물과 이산화탄소를 형성 할 수 있습니다. 연소 없이는 온화한 조건 하에서 메탄 분자의 탄화수소 결합을 활성화하고 변환 할 수 있습니까? 대답은 예입니다! 이것은 촉매 분야에서 "성배"반응입니다. "성배"와 관련된 반응은 매우 가혹한 조건에서 수행되어야 할 수도 있거나 매우 안정적인 화합물의 활성화와 같은 화학 반응의 고유 한 어려움을 극복해야 할 수도 있기 때문에 종종 매우 어려운 일입니다. 수율 및 낮은 선택성. 이러한 과제는 이러한 반응을 실현하기가 어렵지만 성공적으로 달성 할 수 있다면 과학 연구 및 산업 응용 분야에서 상당한 돌파구를 초래할 것입니다.
1. 저온에서 메탄을 전환하는 데 따른다 저온 또는 실온에서 저렴한 산소로 메탄을 다른 유용한 화학 물질로 직접 변환하는 것은 매우 어렵습니다. 왜 그런가요? 메탄과 산소의 특성을 살펴 보겠습니다. 메탄의 화학 구조는 4 개의 동일한 탄소-수소 결합 (CH)을 함유하는 고도로 대칭적인 오르토 트레이드 랄 구성을 형성하고, 메탄의 각 CH3-H 결합은 최대 435 kJ/mol의 결합 에너지를 갖는다. 우리는 메탄의 CH 결합을 특히 강한 봄이라고 생각할 수 있습니다. 이번 봄은 매우 팽팽하며 스트레칭을 위해 많은 힘이 필요합니다. 화학에서,이 "힘"은 CH 결합을 깨는 데 필요한 에너지입니다. 이 높은 결합 에너지는 메탄의 CH 결합을 열역학적으로 안정적이며 정상적인 조건 하에서 분해하거나 반응하기가 매우 어렵습니다. 다른 한편으로, 화학적 반응에서, 반응성 그룹은 일반적으로 극성 상호 작용 하에서 생성된다 (극 상호 작용은 분자가 하나의 끝이 긍정적으로 하전되고 다른 하나의 음으로 하전 된 현상이다), 메탄 분자의 대칭 구조와 비극성 특성은 방지한다. 분자 구성에 따르면, 대칭 평면을 갖는 분자는 극성이 없음), 반응성 그룹을 제공 할 수 없다. 따라서, 메탄의 활성화 및 전환은 매우 도전적이며 일반적으로 고온 (600-1100 ° C) 또는 초강력 산 및 자유 라디칼과 같은 일부 "극도"와 같은 가혹한 조건이 필요합니다. 따라서, 메탄과 산소의 저온 활성화를 실현하는 데있어 주요한 어려움은 메탄의 CH 결합을 활성화하는 방법, 즉 CH 결합에서 "스프링"을 늘리는 방법에있다. 2. 촉매의 기적 과학자들은이 문제에 대한 좋은 해결책을 제시하고 저온에서 메탄을 활성화하기 위해 촉매를 사용하기로 결정했습니다 (촉매는 반응 전후에 변하지 않는 화학 물질입니다. 반응이 일어나기 위해 주입 해야하는 에너지의. 2023 년, 자연 촉매 저널은 특정 몰리브덴 디설파이드 (MOS2)를 사용하여 산소로 메탄을 산소로 직접 전환하는 과정에 대해보고했다 (MOS2). 25 ° C에서의 촉매. 주변 조건 하에서 메탄과 산소를 귀중한 C1 산소로 바꾸어 4.2% 및 거의 100% C1 산소의 메탄 전환이 달성되었다. 이 MOS2는 메탄과 산소의 실내 온도 전환을 실현할 수있는 지금까지보고 된 유일한 촉매입니다. 이것은 모두 MOS2의 가장자리에있는 MO 부위의 고유 한 형상 및 전자 구조 때문입니다. 이 MO 부위는 수성 환경에서 산소에 대한 높은 활성화 활성을 가지고 있으며, 이는 마법의 O = Mo = O* 종을 형성한다. 이 종은 탄소-하이드로겐 결합을 쉽게 파괴하고 메탄의 CH 결합의 활성화 에너지를 감소시켜 메탄의 반응성을 크게 증가시켜 메탄과 산소의 저온 활성화를 실현한다. 이 발견은 미래의 에너지 활용 및 환경 보호에 더 많은 가능성을 가져다 줄뿐만 아니라 촉매와 보조의 놀라운 역할에 대한 더 깊은 이해를 제공 할 것입니다.
3. 메탄의 저온 활성화의 유의미한 전략적 중요성 실온에서 메탄과 산소의 직접 촉매 전환을 실현하고 천연 가스에서 메탄을 다른 유용한 화학 물질로 전환하면 천연 가스의 활용률을 크게 향상시키고 폐기물을 줄이며 환경을 보호하며 에너지의 지속 가능한 발달을 실현할 수 있습니다. . 둘째, 온실 가스로서 메탄은 지구 온난화에 기여하는 데있어 이산화탄소에 이어 두 번째입니다. 메탄을 다른 물질로 전환 할 수 있다면 대기 오염 물질 (예 : 탄소 산화물, 산화 질소, 황 산화물, 탄화수소 및 에테르 화합물)의 방출을 줄이고 지구 온난화의 압력을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
