Visoko efikasan katalizator koji pretvara plin propan u teže ugljovodonike razvio je saudijski Univerzitet za nauku i tehnologiju kralja Abdulaha. (KAUST) istraživači. Značajno ubrzava hemijsku reakciju poznatu kao alkanska metateza, koja bi se mogla koristiti za proizvodnju tečnih goriva.

Katalizator preuređuje propan, koji sadrži tri atoma ugljika, u druge molekule, kao što su butan (koji sadrži četiri ugljika), pentan (sa pet ugljika) i etan (sa dva ugljika). “Naš cilj je pretvoriti alkane niže molekularne težine u vrijedne alkane dizelskog opsega,” rekao je Manoja Samantaray iz KAUST centra za katalizu.

U srcu katalizatora su spojevi dva metala, titanijum i volfram, koji su usidreni za površinu silicijum dioksida preko atoma kiseonika. Korištena strategija bila je kataliza po dizajnu. Prethodne studije su pokazale da su monometalni katalizatori bili uključeni u dvije funkcije: alkan do olefina i zatim metateza olefina. Titan je odabran zbog njegove sposobnosti da aktivira CH vezu parafina da ih transformiše u olefine, a volfram je izabran zbog njegove visoke aktivnosti za metatezu olefina.

Da bi stvorio katalizator, tim je zagrejao silicijum dioksid da bi uklonio što je moguće više vode, a zatim je dodao heksametil volfram i tetraneopentil titan, formirajući svetložuti prah. Istraživači su proučavali katalizator pomoću spektroskopije nuklearne magnetne rezonancije (NMR) kako bi pokazali da atomi volframa i titana leže izuzetno blizu jedan od drugog na površinama silicijum dioksida, možda čak ≈0,5 nanometara.

Istraživači, predvođeni direktorom centra Jean-Marie Bassetom, zatim su testirali katalizator zagrijavanjem na 150°C s propanom tri dana. Nakon optimizacije reakcionih uslova – na primjer, dopuštajući da propan kontinuirano teče preko katalizatora – otkrili su da su glavni proizvodi reakcije etan i butan i da svaki par atoma volframa i titana može katalizirati u prosjeku 10.000 ciklusa prije gube svoju aktivnost. Ovaj "broj obrta" je najveći ikad prijavljen za reakciju metateze propana.

Ovaj uspjeh dizajna katalize, smatraju istraživači, rezultat je očekivanog kooperativnog efekta između dva metala. Prvo, atom titana uklanja atome vodika iz propana kako bi formirao propen, a zatim susjedni atom volframa razbija propen na njegovoj dvostrukoj vezi ugljik-ugljik, stvarajući fragmente koji se mogu rekombinovati u druge ugljikovodike. Istraživači su također otkrili da su katalizatorski prahovi koji sadrže samo volfram ili titanij pokazali vrlo loše rezultate; čak i kada su ova dva praha fizički pomešana zajedno, njihov učinak nije odgovarao kooperativnom katalizatoru.

Tim se nada da će dizajnirati još bolji katalizator s većim brojem obrtaja i dužim vijekom trajanja. “Vjerujemo da u bliskoj budućnosti industrija može usvojiti naš pristup za proizvodnju dizelskih alkana i općenito katalizu prema dizajnu,” rekao je Samantaray.