一支研究团队发现，伽玛辐射可以在室温下将甲烷转化为多种产品。这些产品包括碳氢化合物、富氧分子和氨基酸，相关研究发表于《应用化学》杂志。此类反应对于宇宙中复杂有机化合物的形成可能具有重要意义，甚至可能在生命的出现中发挥作用。此外，这些发现为在温和条件下将甲烷工业转化为有价值产品提供了新方法。
这一研究工作的领导者是中国科技大学（合肥）的黄伟欣，他指出，这些发现加深了我们对分子在宇宙中如何发展的基本理解。“伽玛射线是宇宙射线和不稳定同位素衰变中存在的高能光子，为促使简单分子在星际尘埃和冰粒的冰冷地幔中发生化学反应提供必要的能量，”黄解释道。“这一过程可以生成更复杂的有机分子，可能是从遍布星际介质的甲烷（CH4）开始。”
虽然地球和其他位于所谓适居区的行星经历更高的压力和温度，但大多数关于宇宙过程的研究是在真空和非常低的温度下进行的。相比之下，中国团队使用钴-60辐射源，在气态和水相中探索甲烷反应的室温条件。
最终产品的种类取决于最初使用的材料。纯甲烷的产率非常低，主要生成乙烷、丙烷和氢气。然而，添加氧气显著提高了转化率，主要生成CO2、CO、乙烯和水。当水参与反应时，会生成丙酮和叔丁醇，而在气相中，会生成乙烷和丙烷。水和氧的结合大大加快了反应，使得在水相中产生甲醛、醋酸和丙酮。如果还加入氨，醋酸可以转化为甘氨酸，这是一种已在太空中发现的氨基酸。“在伽玛辐射下，甘氨酸可以由甲烷、氧气、水和氨合成，这些物质在太空中均丰富存在，”黄说道。研究团队开发了一条反应路径，概述了这些单独产品的生成过程，其中氧气（∙O2−）和 ∙OH等自由基发挥了关键作用。这些自由基反应的速率不依赖于温度，暗示这些过程也可能在太空中发生。
此外，研究团队发现，由不同固体颗粒组成的星际尘埃（如二氧化硅、氧化铁、硅酸镁和氧化石墨）以不同方式影响产物的选择。这种星际尘埃成分的变化可能解释了在太空中观察到的分子分布差异。
具体而言，二氧化硅促进甲烷向醋酸的更具选择性的转化。黄表示：“伽玛辐射是一种可获得、安全和可持续的能源，这代表了一种利用甲烷作为碳原料的潜在新策略，可以在温和条件下有效转化为高价值产品，这一直是工业合成化学面临的挑战。”
