伽马辐射将甲烷转化为复杂的有机分子，可以解释生命的起源
根据《应用化学国际版》杂志发表的一篇新文章，伽马射线可以在室温下将甲烷转化为多种产物，包括碳氢化合物、含氧分子和氨基酸。这种反应可能在宇宙中复杂有机分子的形成中扮演着重要的角色——甚至可能是生命的起源。它还为在温和条件下将甲烷工业转化为高附加值产品开辟了新策略。
中国科学技术大学（合肥）黄伟新团队的上述研究成果为我们从根本上理解宇宙中分子的早期发展做出了贡献。
黄教授表示：“伽马射线是宇宙射线和不稳定同位素衰变中常见的高能光子，它为星际尘埃和冰粒冰幔中的简单分子提供外部能量，推动这些分子发生化学反应。这可以产生更复杂的有机分子，可能起源于甲烷（CH4 ），它广泛存在于星际介质中。”
尽管地球和所谓宜居带中的行星具有较高的压力和温度，但大多数宇宙过程研究仅在真空和极低温度下进行模拟。相比之下，中国团队研究了室温下甲烷在钴-60 发射源辐射下的气相和水相反应。
产物的组成取决于起始材料。纯甲烷反应生成乙烷、丙烷和氢气，产率非常低。加入氧气可提高转化率，主要生成 CO 2以及 CO、乙烯和水。
在水的存在下，水合甲烷会反应生成丙酮和叔丁醇；在气相中，会生成乙烷和丙烷。当同时加入水和氧气时，反应会大大加速。在水相中会形成甲醛、乙酸和丙酮。如果还加入氨，乙酸会形成甘氨酸，这是一种在太空中也发现的氨基酸。
“在伽马射线照射下，甘氨酸可以由甲烷、氧气、水和氨等分子生成，这些分子在太空中大量存在，”黄说。该团队开发了一种反应方案，解释了各个产物的形成途径。氧气 (∙O 2 − ) 和 ∙OH 自由基在此过程中起着重要作用。这些自由基反应机制的速率与温度无关，因此也可以在太空中进行。
此外，该团队还能够证明，星际尘埃的各种固体颗粒——二氧化硅、氧化铁、硅酸镁和氧化石墨烯——以不同的方式改变产物的选择性。因此，星际尘埃的多种成分可能导致了观察到的太空中分子分布不均匀。
二氧化硅可以更有选择性地将甲烷转化为乙酸。黄说：“由于伽马射线是一种容易获得、安全且可持续的能源，这可能是一种利用甲烷作为碳源的新方法，可以在温和条件下高效地转化为增值产品——这是工业合成化学长期以来面临的挑战。”
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