گروهی از دانشمندان آلمانی و آمریکایی فرایند جدیدی را برای تبدیل انتخابی متان به اتیلن در دما و فشار پایین به‌کار گرفته‌اند. بنابر گفته این پژوهشگران، دیمرهای آزاد طلا این واکنش را کاتالیز میکنند.
تبدیل متان به اتیلن با استفاده از کاتالیزور دیمر طلا
اتیلن در بسیاری از صنایع شیمیایی، از جمله تولید پلاستیک‌هایی همچون پلی‌اتیلن و پلی‌استایرن به‌عنوان ماده اولیه به کار می‌رود. این ماده در حال حاضر از طریق فرایند شکست سوخت‌های فسیلی با استفاده از بخار تولید می‌شود. روش دیگری که می‌تواند برای تولید اتیلن مورد استفاده قرار گیرد، استفاده از متان است، زیرا در حالی که منابع سوخت فسیلی به آرامی در حال کم شدن هستند، اتان به میزان زیادی در ذخایر گاز طبیعی یافت می‌شود. مشکل اینجاست که شکستن پیوندهای کربن-هیدروژن در متان بسیار سخت است. بنابراین ایجاد پیوند دوگانه میان دو اتم کربن به شرایط بسیار سختی نیاز دارد. به علاوه، این واکنش به طور معمول مخلوطی از محصولات را تولید می‌کند.
حال دانشمندانی که با تورستن برنارد در دانشگاه Ulm آلمان و یوزی لندمن در موسسه فناوری جرجیا آمریکا کار میکنند، فرایند جدیدی برای تبدیل انتخابی متان به اتیلن در دما و فشار پایین به‌کار گرفته‌اند. بنابر گفته این پژوهشگران، دیمرهای آزاد طلا این واکنش را کاتالیز میکنند.
این دانشمندان توضیح می‌دهند: «فعالسازی متان، یعنی شکستن پیوند کربن-هیدروژن، فرایند بسیار پیچیده‌ای است که باید قبل از توسعه فرایندهای کاتالیزوری قابل اجرا، به طور کامل در سطح مولکولی درک شود». این گروه تحقیقاتی برای انجام این کار آزمایش‌هایی را با استفاده از خوشه‌های فلزی مختلف (تجمعی از چند اتم فلزی) به عنوان مدل ترتیب دادند. در بررسی‌هایی که با استفاده از ذرات متشکل از چند اتم طلا صورت گرفت، آنان دریافتند که ذرات باردار متشکل از دو اتم طلا (+Au2) به طور انتخابی متان را در فاز گازی به اتیلن تبدیل میکنند.
آنها با به دام انداختن حد واسط‌های این واکنش و همچنین مدلسازی‌های صورت گرفته توانستند مکانیسم این چرخه کاتالیزوری را مشخص نمایند. هر یک از دو اتم حاضر در دیمر طلا به یک مولکول متان پیوند می‌یابد؛ هیدروژن از این مولکول‌ها جدا شده و دو اتم کربن با یکدیگر پیوند تشکیل می‌دهند. اتصال این پیش‌ماده اتیلن به یکی از اتم‌های طلا باقی می‌ماند و اتم طلای دوم به یک مولکول متان دیگر متصل می‌شود. در مرحله آخر یک مولکول متان دیگر جایگزین پیش‌ماده اتیلن روی اتم طلا شده و اتیلن رها می‌شود. در این مرحله چرخه واکنش می‌تواند دوباره تکرار شود.
برنارد می‌گوید: «هم فعالسازی پیوند کربن-هیدروژن در متان و هم جدا شدن مولکول اتیلن نیازمند فعالیت همکارانه اتم‌های پیوند یافته به دیمر طلا است».
