Efterfrågan fortsätter på plaster och lösningsmedel tillverkade av petrokemikalier, som huvudsakligen produceras genom att raffinera olja trots minskande globala oljereserver, driva sökandet efter nya sätt att producera de kemikalier vi behöver.

Metan är huvudkomponenten i naturgas och en lovande råvara för tillverkning av industrikemikalier. Dock, Att förvandla metan till kommersiella produkter kräver för närvarande flera energikrävande steg. "Att hitta en mer energieffektiv direkt metod skulle vara en verklig fördel, " säger Mustafa Çağlayan, en Ph.D. student som arbetar under ledning av Jorge Gascon, "men en ettstegsomvandling av metan till värdefulla produkter är fortfarande en stor utmaning."

Processen, metandehydroaromatisering (MDA), kräver en katalysator för att påskynda reaktionen, och kemister letar efter den bästa metall-mineralkombinationen för denna viktiga roll. "Att förstå reaktionsmekanismen är avgörande för att förbättra en given process, säger Çağlayan.

Dock, MDA har visat sig vara svårt att observera i aktion. Utifrån sina erfarenheter av kärnmagnetisk resonans (NMR), en teknik för att visualisera strukturen av molekyler, Gascons team studerade vad som händer i de tidiga stadierna av reaktionen med hjälp av en molybden-zeolitkatalysator.

Forskarna observerade de första organiska molekylerna som bildades av kol-kolbindning i reaktionens första steg. Bland dessa var acetylen, en färglös gas som används flitigt som bränsle och kemisk byggsten. "Att hitta rätt NMR-parametrar för att visualisera vad vi letade efter var en utmaning, " säger medförfattaren Abhishek Dutta Chowdhury, "men vi bekräftade förekomsten av några mellanliggande arter som har antagits under lång tid."

De identifierade också två av potentiellt flera aktiveringsvägar för kol-vätebindning som leder till bildning av användbara kolväten, såsom bensen, en byggsten av plast, smörjmedel, hartser och gummi.

"Vi har hittat ett sätt att ta ögonblicksbilder på molekylär nivå av en kemisk reaktion som sker under mycket svåra förhållanden, " säger Çağlayan. Sådana insikter kan hjälpa till att möjliggöra effektivare metanomvandling, med många potentiella fördelar. Till exempel, naturgas är voluminös och därför mycket dyr att transportera. "Det skulle vara bra om vi kunde omvandla naturgas till kondenserade kolväten på utvinningsplatsen innan vi transporterar den, ", tillägger Çağlayan.

Enstegs metankonvertering har fortfarande hinder. "Vi arbetar för att förhindra att katalysatorn deaktiveras för snabbt, " säger Gascon. "Denna studie är ytterligare ett litet steg mot att göra mer industriell användning av naturgas."