Високоефективен катализатор, който превръща газ пропан в по-тежки въглеводороди, е разработен от Университета за наука и технологии „Крал Абдула“ в Саудитска Арабия. (KAUST) изследователи. Той значително ускорява химическа реакция, известна като алканова метатеза, която може да се използва за производство на течни горива.

Катализаторът пренарежда пропана, който съдържа три въглеродни атома, в други молекули, като бутан (съдържащ четири въглерода), пентан (с пет въглерода) и етан (с два въглерода). „Нашата цел е да преобразуваме алканите с по-ниско молекулно тегло в ценни алкани от дизеловата гама“, каза Маноджа Самантарай от центъра за катализ KAUST.

В сърцето на катализатора са съединения от два метала, титан и волфрам, които са закрепени към повърхността на силициев диоксид чрез кислородни атоми. Използваната стратегия беше катализа по дизайн. Предишни проучвания показаха, че монометалните катализатори изпълняват две функции: алкан към олефин и след това олефинова метатеза. Титанът е избран поради способността му да активира CH връзката на парафините, за да ги трансформира в олефини, а волфрамът е избран поради високата си активност за олефинова метатеза.

За да създаде катализатора, екипът нагрява силициев диоксид, за да отстрани възможно най-много вода и след това добавя хексаметил волфрам и тетранеопентил титан, образувайки светложълт прах. Изследователите са изследвали катализатора с помощта на спектроскопия с ядрено-магнитен резонанс (NMR), за да покажат, че волфрамовите и титановите атоми лежат изключително близо един до друг върху повърхностите на силициевия диоксид, може би толкова близо до ≈0,5 нанометра.

Изследователите, ръководени от директора на центъра Жан-Мари Басет, след това тестваха катализатора, като го нагряваха до 150°C с пропан в продължение на три дни. След като оптимизираха реакционните условия - например като позволиха на пропана да тече непрекъснато върху катализатора - те откриха, че основните продукти на реакцията са етан и бутан и че всяка двойка волфрамови и титанови атоми може да катализира средно 10 000 цикъла преди губят активността си. Това „число на оборот“ е най-високото, съобщавано някога за реакция на метатеза на пропан.

Този успех на катализата по дизайн, според изследователите, се дължи на очакван кооперативен ефект между двата метала. Първо, титанов атом премахва водородните атоми от пропана, за да образува пропен, а след това съседен волфрамов атом разкъсва пропена при двойната му връзка въглерод-въглерод, създавайки фрагменти, които могат да се рекомбинират в други въглеводороди. Изследователите също така установиха, че каталитични прахове, съдържащи само волфрам или титан, се представят много слабо; дори когато тези два праха бяха физически смесени заедно, тяхното представяне не съответстваше на кооперативния катализатор.

Екипът се надява да проектира още по-добър катализатор с по-голям оборот и по-дълъг живот. „Ние вярваме, че в близко бъдеще индустрията може да възприеме нашия подход за производство на алкани от дизелова гама и по-общо катализа по дизайн“, каза Самантарай.