Methaan, de kleinste koolwaterstof, is het hoofdbestanddeel van aardgas. Omdat het overal tegen betaalbare tarieven te verkrijgen is, wordt het op grote schaal gebruikt voor de opwekking van elektriciteit en waterstof. Deze praktijken leiden echter tot een toename van de atmosferische CO₂-concentratie. Daarom is het zinvol om alternatieve toepassingen voor methaan te ontwikkelen waarbij het materiaal zelf voorop staat, niet de energie-inhoud.

Er is geen direct toepasbare chemie bekend die methaan rechtstreeks in waardevolle chemicaliën kan omzetten. Het probleem is het inerte karakter van het molecuul, dat synthetische chemici voor de nodige uitdagingen stelt. Methaan is niet-polair, de C-H-bindingen zijn niet gemakkelijk te polariseren, en het heeft zowel een hoog ionisatiepotentieel als een lage protonaffiniteit. Als gevolg van dit alles zijn over het algemeen vrij <forse> reactieomstandigheden vereist. Dit belemmert gecontroleerde activatie van methaan gericht op het verkrijgen van chemische verbindingen die reactiever zijn dan methaan zelf. Directe omzetting van methaan is daarom een van de grote uitdagingen voor de chemie.

Nieuwe chemie

Het HIMS-team zal nieuwe methoden onderzoeken voor de activering en functionalisering van de C – H-bindingen van methaan. Daarmee bouwen ze voort op een recente ontdekking in de HIMS-groep van universitair hoofddocent Chris Slootweg.

Uit een vorig project is duidelijk geworden dat combinaties van Lewis-zuren en -basen een speciaal soort complexen voor ladingsoverdracht kunnen vormen. Deze complexen zijn gevoelig voor foto-geïnduceerde elektronoverdracht en maken zo de vorming van radicale ionenparen mogelijk, die het startpunt kunnen vormen voor nieuwe syntheseroutes.

In het project, dat subsidie kreeg via de LIFT-regeling (Launchpad for Innovative Technology) van NWO, willen de onderzoekers langlevende radicale ionenparen creëren die verdere intermoleculaire radicale chemie mogelijk maken. Om de afhankelijkheid te verminderen van edelmetalen en schaarse en toxische elementen, streven de onderzoekers bovendien naar systemen die zijn gebaseerd op breed beschikbare en niet-belastende hoofdgroepelementen.

Met hun verkennend onderzoek hoopt het onderzoeksteam levensvatbare syntheseroutes te bieden om methaan in hoogwaardige producten om te zetten. Dit zal niet alleen helpen om de impact van methaan op het milieu te verminderen. Het zal ook het efficiënte gebruik van methaan als hernieuwbare koolstofbron bevorderen. Aangezien methaan ook kan worden geproduceerd uit duurzame bronnen, bijvoorbeeld door vergisting (biogas), kan het onderzoek ook bijdragen aan het tot stand brengen van toekomstige duurzame chemie.