Ateb aur i her fawr catalysis

Mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Caerdydd mewn cydweithrediad ag ymchwilwyr ym Mhrifysgol Lehigh, UDA a'r National Centre for Magnetic Resonance yn Wuhan, Tsieina, wedi cynnig dull syml a chost isel o drosi, yn uniongyrchol, nwy naturiol i fod yn gemegau a thanwydd defnyddiol drwy ddefnyddio’r metel gwerthfawr hwnnw, aur, fel cynhwysyn allweddol.

Er mai nwy naturiol yw un o'r tanwyddau ffosil mwyaf gwyrdd, mae'n dal i ryddhau nwyon tŷ gwydr peryglus i'r atmosffer pan gaiff ei losgi.

Mae hyn yn ei dro, wedi arwain ymchwilwyr i ddyfeisio ffyrdd newydd o drosi methan, sy'n cyfrif am 70-90% o nwy naturiol, yn gynhyrchion mwy defnyddiol, megis tanwydd a chemegau, mewn modd syml, cost-effeithiol a charbon isel.

Mewn astudiaeth a gyhoeddwyd heddiw yn Nature Catalysis, mae'r tîm sy’n gweithio dan arweiniad ymchwilwyr o Sefydliad Catalysis Caerdydd wedi dangos am y tro cyntaf y gellir trosi methan – yn uniongyrchol – yn asid methanol ac asetig, drwy ddefnyddio catalydd aur.

Hyd yn hyn, dim ond drwy lwybrau anuniongyrchol y cyflawnwyd hyn; llwybrau sy'n cynnwys nifer o gamau sy'n defnyddio llawer o ynni ac yn gostus iawn.

Er mwyn creu methanol ac asid asetig, rhoddodd y tîm fethan i adweithio gydag ocsigen ym mhresenoldeb catalydd a wnaed o aur a'r sëolit ZSM-5.

Drwy archwilio'r catalydd gan ddefnyddio microsgopeg electron uchel ei bŵer, datgelwyd nad oedd y catalydd gweithredol yn cynnwys atomau na chlystyrau aur, ond yn hytrach nanoronynnau aur – gronynnau bychain iawn rhwng 3 a 15 nanometrau eu maint sy'n gallu arddangos priodoleddau ffisegol a chemegol gwahanol iawn i'w cymheiriaid materol mwy.

Roedd cynhyrchu methanol wrth ddefnyddio'r catalydd hwn yn ddisgwyliedig; yr hyn sy’n arbennig am y dull newydd yw’r ffaith bod asid asetig wedi’i gynhyrchu.

Mae asid asetig yn gemegyn diwydiannol cyffredin gyda mesurau mawr ohono yn cael eu defnyddio i wneud cynhyrchion fel inc ar gyfer argraffu tecstilau, llif-liwiau, cemegau ffotograffig, plaladdwyr, cynhyrchion fferyllol, rwber a phlastigau.

Defnyddir Methanol fel rhagflaenydd i lawer o gemegau sy’n nwyddau, yn ogystal â biodanwydd.

Er bod y metel gwerthfawr hwnnw, aur, yn cael ei adnabod fel metel diynni, mae ymchwil arloesol gan wyddonwyr yn Sefydliad Catalysis Caerdydd wedi dangos ei fod, mewn gwirionedd, yn gatalydd hynod effeithlon a dibynadwy y gellir ei ddefnyddio'n effeithiol mewn llawer o brosesau diwydiannol pwysig.

Dywedodd cyd-awdur yr astudiaeth yr Athro Graham Hutchings, Athro Regius Cemeg yn Sefydliad Catalysis Caerdydd: "Mae ocsideiddio methan, prif elfen nwy naturiol, i ffurfio, yn ddethol felly, gyfryngwyr cemegol wedi’u hocsigeneiddio, drwy ddefnyddio ocsigen moleciwlaidd, wedi bod yn her fawr ers amser maith mewn catalysis.

"Rydym wedi llwyddo i wneud hyn am y tro cyntaf erioed yn yr astudiaeth hon, gan ddarparu cam cyntaf pwysig tuag at greu tanwyddau a chemegau pwysig mewn ffordd syml a chost-effeithiol."