’n Hoogs doeltreffende katalisator wat propaangas in swaarder koolwaterstowwe omskakel, is deur Saoedi-Arabië se King Abdullah Universiteit van Wetenskap en Tegnologie ontwikkel. (KAUST) navorsers. Dit versnel aansienlik 'n chemiese reaksie bekend as alkaanmetatese, wat gebruik kan word om vloeibare brandstof te vervaardig.

Die katalisator herrangskik propaan, wat drie koolstofatome bevat, in ander molekules, soos butaan (wat vier koolstofstowwe bevat), pentaan (met vyf koolstofstowwe) en etaan (met twee koolstofstowwe). "Ons doel is om laer molekulêre gewig alkane om te skakel na waardevolle diesel-reeks alkane," sê Manoja Samantaray van die KAUST Catalysis Centre.

In die hart van die katalisator is verbindings van twee metale, titanium en wolfram, wat via suurstofatome aan 'n silika-oppervlak geanker is. Die strategie wat gebruik is, was katalise deur ontwerp. Vorige studies het getoon dat monometaal katalisators betrokke was by twee funksies: alkaan tot olefien en dan olefien metatese. Titaan is gekies as gevolg van sy vermoë om die CH-binding van paraffiene te aktiveer om dit na olefiene te transformeer, en wolfram is gekies vir sy hoë aktiwiteit vir olefienmetatese.

Om die katalisator te skep, het die span silika verhit om soveel moontlik water te verwyder en toe heksametiel-wolfram en tetraneopentiel-titanium bygevoeg, wat 'n liggeel poeier vorm. Die navorsers het die katalisator bestudeer met behulp van kernmagnetiese resonansie (KMR)-spektroskopie om te wys dat die wolfram- en titaanatome uiters naby mekaar op die silika-oppervlaktes lê, miskien so na as ≈0,5 nanometer.

Die navorsers, gelei deur die direkteur van die sentrum Jean-Marie Basset, het toe die katalisator getoets deur dit vir drie dae met propaan tot 150 °C te verhit. Nadat hulle die reaksietoestande geoptimaliseer het – byvoorbeeld deur die propaan aanhoudend oor die katalisator te laat vloei – het hulle gevind dat die hoofprodukte van die reaksie etaan en butaan was en dat elke paar wolfram- en titaanatome gemiddeld 10 000 siklusse voor kan kataliseer. hul aktiwiteit verloor. Hierdie "omsetgetal" is die hoogste wat ooit aangemeld is vir 'n propaanmetatesereaksie.

Hierdie sukses van katalise deur ontwerp, stel die navorsers voor, is te danke aan 'n verwagte samewerkende effek tussen die twee metale. Eerstens verwyder 'n titaanatoom waterstofatome uit propaan om propeen te vorm en dan breek 'n naburige wolframatoom propeen by sy koolstof-koolstof-dubbelbinding oop, wat fragmente skep wat in ander koolwaterstowwe kan herkombineer. Die navorsers het ook bevind dat katalisatorpoeiers wat slegs wolfram of titanium bevat, baie swak gevaar het; selfs wanneer hierdie twee poeiers fisies saam gemeng is, het hul prestasie nie ooreenstem met die samewerkende katalisator nie.

Die span hoop om 'n selfs beter katalisator met 'n hoër omsetgetal en 'n langer leeftyd te ontwerp. "Ons glo dat die industrie in die nabye toekoms ons benadering vir die vervaardiging van dieselreeks-alkane en meer algemeen van katalise deur ontwerp kan volg," het Samantaray gesê.