تم تطوير محفز عالي الكفاءة يحول غاز البروبان إلى هيدروكربونات أثقل من قبل جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية في المملكة العربية السعودية. (جامعة الملك عبد الله) الباحثين. إنه يسرع بشكل كبير التفاعل الكيميائي المعروف باسم استبدال الألكان، والذي يمكن استخدامه لإنتاج الوقود السائل.

يقوم المحفز بإعادة ترتيب البروبان، الذي يحتوي على ثلاث ذرات كربون، إلى جزيئات أخرى، مثل البيوتان (الذي يحتوي على أربعة ذرات كربون)، والبنتان (الذي يحتوي على خمس ذرات كربون)، والإيثان (الذي يحتوي على ذرتي كربون). يقول مانوجا سامانتراي من مركز الحفز الكيميائي في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية: "هدفنا هو تحويل الألكانات ذات الوزن الجزيئي المنخفض إلى ألكانات ذات قيمة تعمل بالديزل".

يوجد في قلب المحفز مركبات من معدنين، التيتانيوم والتنغستن، والتي يتم تثبيتها على سطح السيليكا عبر ذرات الأكسجين. وكانت الاستراتيجية المستخدمة هي التحفيز حسب التصميم. أظهرت الدراسات السابقة أن المحفزات أحادية المعدن كانت تعمل في وظيفتين: تحويل الألكان إلى الأوليفين ثم استبدال الأوليفين. تم اختيار التيتانيوم بسبب قدرته على تنشيط رابطة CH من البارافينات لتحويلها إلى أوليفينات، وتم اختيار التنغستن لنشاطه العالي في استبدال الأوليفين.

لإنشاء المحفز، قام الفريق بتسخين السيليكا لإزالة أكبر قدر ممكن من الماء ثم أضاف سداسي ميثيل التنغستن ورباعي البنتيل تيتانيوم، لتشكيل مسحوق أصفر فاتح. قام الباحثون بدراسة المحفز باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) لإظهار أن ذرات التنغستن والتيتانيوم تقع بالقرب من بعضها البعض على أسطح السيليكا، وربما أقرب إلى ≈0.5 نانومتر.

ثم قام الباحثون، بقيادة مدير المركز جان ماري باسيت، باختبار المحفز عن طريق تسخينه إلى 150 درجة مئوية مع البروبان لمدة ثلاثة أيام. وبعد تحسين ظروف التفاعل - على سبيل المثال، من خلال السماح للبروبان بالتدفق بشكل مستمر فوق المحفز - وجدوا أن المنتجات الرئيسية للتفاعل هي الإيثان والبيوتان وأن كل زوج من ذرات التنغستن والتيتانيوم يمكن أن يحفز ما متوسطه 10000 دورة قبل ذلك. فقدان نشاطهم. يعد "رقم الدوران" هذا هو الأعلى الذي تم الإبلاغ عنه على الإطلاق بالنسبة لتفاعل استبدال البروبان.

يقترح الباحثون أن نجاح التحفيز حسب التصميم يرجع إلى التأثير التعاوني المتوقع بين المعدنين. أولاً، تقوم ذرة التيتانيوم بإزالة ذرات الهيدروجين من البروبان لتكوين البروبين، ثم تقوم ذرة التنغستن المجاورة بكسر البروبين عند الرابطة المزدوجة بين الكربون والكربون، مما يخلق شظايا يمكنها إعادة الاتحاد لتكوين هيدروكربونات أخرى. ووجد الباحثون أيضًا أن مساحيق المحفزات التي تحتوي على التنجستين أو التيتانيوم فقط كان أداؤها سيئًا للغاية؛ وحتى عندما تم خلط هذين المسحوقين معًا، فإن أدائهما لم يتطابق مع المحفز التعاوني.

ويأمل الفريق في تصميم محفز أفضل مع رقم دوران أعلى وعمر أطول. وقال سامانتراي: "نعتقد أنه في المستقبل القريب، يمكن للصناعة أن تتبنى نهجنا لإنتاج ألكانات تعمل بالديزل وبشكل عام التحفيز حسب التصميم".