Ученые из Технологического института Джорджии и Университета Ульма обнаружили способ управления газовой фазой избирательного каталитического сжигания метана. Процесс управления настолько точен, что, используя один процесс, удается при комнатной температуре получать этилен, а при более низких температурах – формальдегид. Это сулит значительную экономию средств при синтезе пластмасс, синтетического топлива и других материалов.

Новый процесс основан на использовании в качестве катализатора димерных катионов золота – положительно заряженных двухатомных кластеров золота.

Отличительной особенностью процесса является возможность выборочно контролировать продукт на выходе каталитической системы. Достаточно изменить температуру, и можно на одной установке производить этилен, формальдегид или метиловый спирт. Особый интерес представляет превращение при комнатной температуре дешевого газа метана в этилен – сырье для этанола, который может использоваться как топливо для ракетных двигателей и двигателей внутреннего сгорания.

В присутствии катализаторов на основе катионов золота метан частично сгорает с выходом формальдегида. Этот процесс протекает при температуре −23°C, позволяя по мере подъема температуры до уровня комнатной получать этилен, причем катализатор в конце реакции самовосстанавливается, что позволяет многократно повторить каталитический цикл.

Процесс, тонко настраиваемый с помощью изменения температуры, включает активацию углерод-водородных связей метана и реакцию с молекулярным кислородом. На первом этапе процесса молекулы метана и кислорода взаимодействуют с катализатором при низкой температуре. Затем образуется вода, а остальные атомы кислорода связываются с молекулами метана и образуют формальдегид. Если процесс протекает при более высоких температурах, молекулы кислорода отрываются от катализатора, а молекулы метана взаимодействуют с молекулами водорода и образуют этилен.

В настоящее время две исследовательские группы планируют изучить возможность использования новых многофункциональных катализаторов для создания методики изготовления дешевого синтетического топлива.

Открытие описано в выпуске The Journal of Physical Chemistry за 14 апреля.