Er blijft vraag naar kunststoffen en oplosmiddelen uit petrochemicaliën, die voornamelijk worden geproduceerd door olie te raffineren ondanks afnemende wereldwijde oliereserves, het stimuleren van de zoektocht naar nieuwe manieren om de chemicaliën te produceren die we nodig hebben.

Methaan is het hoofdbestanddeel van aardgas en een veelbelovende grondstof voor de productie van industriële chemicaliën. Echter, het omzetten van methaan in commerciële producten vereist momenteel meerdere energie-intensieve fasen. "Het vinden van een meer energie-efficiënte directe methode zou een groot voordeel zijn, " zegt Mustafa Çağlayan, een doctoraat student werkzaam onder begeleiding van Jorge Gascon, "maar in één stap methaan omzetten in waardevolle producten is nog een grote uitdaging."

Het proces, methaandehydroaromatisatie (MDA), heeft een katalysator nodig om de reactie te versnellen, en chemici zoeken naar de beste metaal-mineraalcombinatie voor deze vitale rol. "Het begrijpen van het reactiemechanisme is cruciaal voor de verbetering van een bepaald proces, " zegt Çağlayan.

Echter, MDA is moeilijk waar te nemen in actie. Op basis van hun ervaring met nucleaire magnetische resonantie (NMR), een techniek om de structuur van moleculen te visualiseren, Het team van Gascon onderzocht wat er gebeurt in de vroege stadia van de reactie met behulp van een molybdeen-zeolietkatalysator.

De onderzoekers observeerden de eerste organische moleculen gevormd door koolstof-koolstofbindingen in de eerste fasen van de reactie. Onder deze was acetyleen, een kleurloos gas dat veel wordt gebruikt als brandstof en chemische bouwsteen. "Het was een uitdaging om de juiste NMR-parameters te vinden om te visualiseren wat we zochten, " zegt co-auteur Abhishek Dutta Chowdhury, "maar we hebben het bestaan ​​​​van een aantal tussenliggende soorten bevestigd die al lang worden verondersteld."

Ze identificeerden ook twee van mogelijk verschillende activeringsroutes voor koolstof-waterstofbinding die leiden tot de vorming van bruikbare koolwaterstoffen, zoals benzeen, een bouwsteen van plastic, smeermiddelen, harsen en rubber.

"We hebben een manier gevonden om snapshots te maken op moleculair niveau van een chemische reactie die plaatsvindt onder zeer zware omstandigheden, ", zegt Çağlayan. Dergelijke inzichten kunnen helpen om efficiëntere methaanconversie mogelijk te maken, met veel potentiële voordelen. Bijvoorbeeld, aardgas is volumineus en daarom erg duur om te transporteren. "Het zou geweldig zijn als we aardgas op de winningslocatie kunnen omzetten in gecondenseerde koolwaterstoffen voordat we het transporteren, " voegt Çağlayan toe.

Methaanconversie in één stap heeft nog steeds obstakels. "We werken eraan om te voorkomen dat de katalysator te snel wordt gedeactiveerd, ", zegt Gascon. "Deze studie is nog een kleine stap in de richting van meer industrieel gebruik van aardgas."