“FeAu/γ Al₂O₃ उत्प्रेरक, हल्की परिस्थितियों में मीथेन को सक्रिय करने के लिए एक अद्वितीय स्वर्ण-लौह अंतरापृष्ठ का उपयोग करता है, जो परिशुद्धता और प्रदर्शन का एक दुर्लभ संयोजन है।”

मीथेन (CH₄) सबसे शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैसों में से एक है, लेकिन यह स्वच्छ ऊर्जा का एक अप्रयुक्त भंडार भी है। दुर्भाग्य से, इसे इथेनॉल जैसे तरल ईंधन में बदलने के लिए आमतौर पर 300°C से अधिक उच्च तापमान और आक्रामक रासायनिक योजकों की आवश्यकता होती है, जिससे यह रूपांतरण प्रक्रिया ऊर्जा-गहन और पर्यावरण के लिए हानिकारक दोनों हो जाती है।

डॉ. टी. राजा के नेतृत्व में सीएसआईआर-एनसीएल के शोधकर्ताओं ने बिना किसी सह-अभिकारक का उपयोग किए, केवल 75°C पर, अत्यंत हल्की परिस्थितियों में मीथेन को इथेनॉल में परिवर्तित करके एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है। टीम का नवाचार एक नए बहुक्रियाशील उत्प्रेरक में निहित है: FeAu/γ-Al₂O₃। यह उत्प्रेरक सोने के नैनोकणों को आयरन ऑक्साइड (FeOx) के साथ जोड़ता है, जिसे गामा-एल्यूमिना (γ-Al₂O₃) पर आधारित किया जाता है। इसे उल्लेखनीय बनाने वाली बात केवल इथेनॉल के लिए इसकी 95% उच्च चयनात्मकता या कम तापमान पर इसकी दक्षता ही नहीं है, बल्कि यह परमाणु स्तर पर कैसे काम करता है, यह भी है।

उत्प्रेरक में मौजूद सोने के नैनोकणों को पर्यावरण-अनुकूल, मूल निष्कर्षण विधि का उपयोग करके संश्लेषित किया जाता है। इस विधि से छोटे, इलेक्ट्रॉनिक रूप से समृद्ध नैनोकण उत्पन्न होते हैं जिनमें विशेष रूप से आंशिक ऋणात्मक आवेश (Auδ−) होता है। ये आवेशित सोने के कण आसपास के आयरन ऑक्साइड के साथ दृढ़ता से क्रिया करते हैं, जिससे एक अत्यधिक परिक्षिप्त और इलेक्ट्रॉनिक रूप से सक्रिय इंटरफ़ेस बनता है जो मीथेन अणुओं को सक्रिय करने के लिए आदर्श साबित होता है।

इन-सीटू ड्रिफ्ट्स स्पेक्ट्रोस्कोपी और डेंसिटी फंक्शनल थ्योरी (DFT) सिमुलेशन जैसी उन्नत तकनीकों से पता चलता है कि इथेनॉल का निर्माण दो प्रमुख मध्यवर्ती पदार्थों: CH₂OH और CH₃ के युग्मन से होता है। ये प्रतिक्रियाशील प्रजातियाँ अद्वितीय Auδ⁻–FeOx सतह द्वारा उत्पन्न और निर्देशित होती हैं, जिससे युग्मन उच्च तापमान या अतिरिक्त रसायनों के बिना कुशलतापूर्वक आगे बढ़ सकता है।

दिलचस्प बात यह है कि जब सोने या लोहे के उत्प्रेरकों, जैसे Au/γ-Al₂O₃ या Fe/γ-Al₂O₃, का स्वतंत्र रूप से उपयोग किया जाता है, तो वे मुख्य रूप से मेथनॉल (CH₃OH) या फॉर्मलाडेहाइड (HCHO) उत्पन्न करते हैं, इथेनॉल नहीं। FeAu/γ-Al₂O₃ में सोने और लोहे के ऑक्साइड के बीच का तालमेल ही इस चयनात्मक, निम्न-तापमान इथेनॉल मार्ग को सक्षम बनाता है।

इथेनॉल एक व्यापक रूप से प्रयुक्त ईंधन और रासायनिक फीडस्टॉक है। मीथेन से इसे स्वच्छ और कुशलतापूर्वक उत्पादित करने की क्षमता, हरित रसायन विज्ञान और मीथेन मूल्यांकन के नए द्वार खोलती है। यह कृषि, लैंडफिल या जीवाश्म ईंधन संचालन से होने वाले मीथेन उत्सर्जन को रोकने और उसे रूपांतरित करने का एक संभावित मार्ग भी प्रदान करता है।

हालाँकि, चुनौतियाँ अभी भी बाकी हैं। उत्प्रेरक की समय के साथ स्थिरता बनाए रखने की क्षमता, संश्लेषण प्रक्रिया की मापनीयता, नैनोकणों के रूप में भी सोने की लागत और वास्तविक दुनिया और निरंतर प्रवाह प्रणालियों में इस पद्धति का प्रदर्शन। यह कहा जा सकता है कि विकसित दृष्टिकोण कुशल और स्थिर दोनों साबित होता है, जिसके परिणाम कई परीक्षणों में लगातार दोहराए जा सकते हैं।

हालाँकि कुछ सवाल अभी भी बने हुए हैं, यह सफलता मीथेन-आधारित इथेनॉल उत्पादन की दिशा में एक मज़बूत कदम है जो कुशल, पर्यावरण के अनुकूल और वैश्विक स्थिरता लक्ष्यों के अनुरूप है। जलवायु के खतरे को एक स्वच्छ ईंधन स्रोत में बदलकर, FeAu/γ-Al₂O₃ उत्प्रेरक इस बात पर प्रकाश डालता है कि कैसे स्मार्ट विज्ञान प्रदूषण से समाधान की ओर संतुलन बदल सकता है।

FeAu/γ-Al2O3 उत्प्रेरक पर मीथेन के C1 और C2 ऑक्सीजनेट में चयनात्मक ऑक्सीकरण के पीछे के जटिल तंत्र को समझना

मारीमुथुप्रभु, मारीमुथु मणिकंदन, बी. सत्य साईं रेंगम, अर्चना रामकृष्णन, अभिषेकराम राजा, राजश्री आर. उरकुडे, बिप्लब घोष, जितिन जॉन वर्गीस, थिरुमलाईस्वामी राजा*

पहली बार प्रकाशित: 17 अप्रैल 2025

डीओआई: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162510