Comment éliminez-vous la piqûre du méthane, un gaz à effet de serre? Briser l'un des liens les plus forts de la nature

New Delhi : En lançant de courts éclairs de rayons X sur un catalyseur métallique, les scientifiques ont pu décomposer le méthane (CH4), l'un des gaz à effet de serre les plus puissants, le transformant ainsi en un composé moins dangereux.

Pour la première fois, ils ont observé une théorie vieille de 40 ans et expliqué quels processus chimiques interviennent dans la rupture de la liaison carbone-hydrogène (CH) en utilisant à peine de l'énergie.

La recherche, publiée dans la revue Science le 1er juin, a été menée par des scientifiques de l'Université suédoise d'Uppsala en collaboration avec l'Institut Paul Scherrer en Suisse, l'Université de Stockholm, l'Université de Hambourg et l'European XFEL, une installation laser de recherche à rayons X en Allemagne.

Le méthane est émis dans l'environnement à un rythme croissant en raison de l'élevage des animaux et du dégel continu des sols gelés dans le monde.

Le transformer en composés moins dangereux et, en fait, bénéfiques, éliminerait les dangers associés et fournirait des produits chimiques utiles tels que l'éthanol et le méthanol.

Cependant, le processus nécessite l'étape initiale de rupture d'une liaison CH, l'une des liaisons chimiques les plus fortes de la nature.

La raison pour laquelle la liaison est si forte est que l'atome d'hydrogène est beaucoup plus petit que l'atome de carbone, ce qui conduit à une énergie de liaison plus élevée. Il y a une plus grande force d'attraction en raison d'une plus petite distance entre les noyaux des deux.

Il y a quarante ans, des chercheurs avaient découvert que les catalyseurs métalliques moléculaires pouvaient rompre les liaisons CH, où un bref éclair de lumière visible était capable d'activer le catalyseur, décomposant le composé méthane. Cependant, cette étude met en évidence comment il y a un échange de fractions d'électrons, qui ne nécessite pas de changements drastiques de température ou de pression.

"Il y a quatre liaisons CH dans le méthane et si nous pouvons en rompre une seule, le composé peut être converti en quelque chose d'utile. Le coût énergétique habituel pour rompre la liaison n'est pas économique. Mais avec l'utilisation de l'énergie lumineuse, elle peut être rompue et convertie. dans d'autres produits chimiques utiles tels que l'éthanol ou le méthanol", a déclaré Ambar Banerjee, auteur principal de l'étude, à ThePrint.

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L'équipe a utilisé un catalyseur au rhodium placé dans une solution à indice d'octane élevé pour effectuer des expériences dans une technique appelée spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS). Ils ont utilisé deux des sources de flashs à rayons X les plus puissantes au monde : le laser à rayons X SwissFEL et le synchrotron à rayons X Swiss Light Source.

La liaison s'est rompue rapidement, car l'activation initiale du catalyseur par les faisceaux de rayons X s'est produite en 400 femtosecondes (0,0000000000004 secondes), tandis que la liaison CH finale s'est rompue après 14 nanosecondes (0,000000014 secondes).

Les chercheurs ont ensuite effectué des calculs avancés de chimie quantique et identifié comment une charge électrique circule entre le catalyseur métallique et le groupe CH. Ils ont pu observer comment une charge s'écoulait du métal sur la liaison CH, agissant comme une colle qui la liait au centre métallique. Mais lors d'un flux inverse d'électrons du métal vers la liaison CH, la liaison se rompt car le flux "agit comme un ciseau"", a déclaré Banerjee.

"... sur la base de ces découvertes, une conception intelligente de catalyseurs plus efficaces peut être réalisée, capable de rompre plus facilement la liaison CH. Des catalyseurs plus efficaces signifieraient une utilisation meilleure et plus économique de cette ressource gaspillée qu'est le méthane", a-t-il déclaré.

(Édité par Smriti Sinha)

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