La Universitat de Ciència i Tecnologia Rei Abdullah d'Aràbia Saudita ha desenvolupat un catalitzador altament eficient que converteix el gas propà en hidrocarburs més pesats. (KAUST) investigadors. Accelera significativament una reacció química coneguda com metàtesi d'alcans, que es podria utilitzar per produir combustibles líquids.

El catalitzador reordena el propà, que conté tres àtoms de carboni, en altres molècules, com ara el butà (que conté quatre carbonis), el pentà (amb cinc carbonis) i l'etan (amb dos carbonis). "El nostre objectiu és convertir alcans de menor pes molecular en valuosos alcans de gamma dièsel", va dir Manoja Samantaray del Centre de catàlisi KAUST.

Al cor del catalitzador hi ha compostos de dos metalls, titani i tungstè, que estan ancorats a una superfície de sílice mitjançant àtoms d'oxigen. L'estratègia utilitzada va ser la catàlisi per disseny. Estudis anteriors van demostrar que els catalitzadors monometàl·lics tenien dues funcions: alcà a olefina i després metàtesi d'olefines. Es va triar el titani per la seva capacitat per activar l'enllaç CH de les parafines per transformar-les en olefines, i el tungstè per la seva alta activitat per a la metàtesi d'olefines.

Per crear el catalitzador, l'equip va escalfar sílice per eliminar la màxima aigua possible i després va afegir hexametil tungstè i tetraneopentil titani, formant una pols de color groc clar. Els investigadors van estudiar el catalitzador mitjançant l'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear (RMN) per demostrar que els àtoms de tungstè i titani es troben extremadament junts a les superfícies de sílice, potser fins a ≈0,5 nanòmetres.

Els investigadors, dirigits pel director del centre Jean-Marie Basset, van provar el catalitzador escalfant-lo a 150 °C amb propà durant tres dies. Després d'optimitzar les condicions de reacció, per exemple, permetent que el propà flueixi contínuament sobre el catalitzador, van trobar que els principals productes de la reacció eren l'etan i el butà i que cada parell d'àtoms de tungstè i titani podia catalitzar una mitjana de 10.000 cicles abans. perdre la seva activitat. Aquest "número de facturació" és el més alt mai reportat per a una reacció de metàtesi de propà.

Aquest èxit de catàlisi per disseny, proposen els investigadors, es deu a un efecte cooperatiu esperat entre els dos metalls. Primer, un àtom de titani elimina els àtoms d'hidrogen del propà per formar propè i després un àtom de tungstè veí trenca el propè al seu doble enllaç carboni-carboni, creant fragments que es poden recombinar en altres hidrocarburs. Els investigadors també van trobar que els catalitzadors en pols que només contenien tungstè o titani tenien un rendiment molt pobre; fins i tot quan aquestes dues pols es van barrejar físicament, el seu rendiment no coincidia amb el catalitzador cooperatiu.

L'equip espera dissenyar un catalitzador encara millor amb un nombre de facturació més alt i una vida útil més llarga. "Creiem que en un futur proper, la indústria pot adoptar el nostre enfocament per produir alcans de gamma dièsel i, en general, de catàlisi per disseny", va dir Samantaray.