メタンは豊富で安価なエネルギー源ですが、不活性です。つまり、強力な化学結合を分解して他の分子に変換することは困難です。この課題を克服するために、科学者は、その過程で消費されることなく化学反応を高速化する触媒の使用を調査してきました。
ヨハネス・ラーチャー教授が率いるTUMのチームは、実験的技術と計算技術の組み合わせを使用して、酸化セリアの表面でサポートされているロジウムナノ粒子で作られたモデル触媒とメタンがどのように相互作用するかを研究しました。彼らは、触媒上でメタンを活性化するための鍵は、メタン分子が触媒表面の活性部位と密接に接触することができる特定の「ホットスポット」を作成することであることを発見しました。
研究者は、ロジウムナノ粒子のサイズと分布を制御し、酸化セリアのサポートの表面特性を変更することにより、これを達成しました。彼らは、セリア酸化物表面に小さなロジウムナノ粒子を高度に分散した配置を作成し、触媒の電子構造を修正することで、メタン変換のための触媒活性を大幅に向上させることができることを発見しました。
この研究は、メタンの活性化と変換のための触媒の設計と最適化に関する重要な洞察を提供し、天然ガスを利用するためのより効率的で環境に優しいプロセスの開発に影響を与える可能性があります。
メタンは世界のエネルギー消費の約10％を占めており、主に暖房と発電に使用されます。ただし、メタンは、燃料、プラスチック、その他の化学物質の生産に使用される水素、メタノール、エチレンなどのさまざまな貴重な製品に変換することもできます。
メタンを変換する際の課題は、その高い結合強度にあり、それが分子を分解することを困難にします。これには、高温または触媒の使用、その過程で消費されることなく化学反応を高速化する材料が必要です。
Tumのチームは、比較的低い温度でメタンを活性化できる触媒の開発に焦点を当て、プロセスをよりエネルギー効率の良いものにしました。彼らは、酸化セリアの表面で支えられたロジウムナノ粒子で構成されるモデル触媒を使用しました。
ロジウムナノ粒子のサイズと分布、および触媒表面の電子特性を慎重に制御することにより、研究者はメタン分子が効果的に反応できる触媒に特定の「ホットスポット」を作成することができました。
この研究は、燃料と化学物質の生産のための多用途の原料としてのメタンの最大の潜在能力を解き放つ上で、正確な触媒設計と工学の重要性を示しています。
