Mae catalydd hynod effeithlon sy'n trosi nwy propan yn hydrocarbonau trymach wedi'i ddatblygu gan Brifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Brenin Abdullah o Saudi Arabia. (KAUST) ymchwilwyr. Mae'n cyflymu adwaith cemegol a elwir yn fethesis alcan yn sylweddol, y gellid ei ddefnyddio i gynhyrchu tanwydd hylifol.

Mae'r catalydd yn aildrefnu propan, sy'n cynnwys tri atom carbon, yn foleciwlau eraill, megis bwtan (sy'n cynnwys pedwar carbon), pentan (gyda phum carbon) ac ethan (gyda dau garbon). “Ein nod yw trosi alcanau pwysau moleciwlaidd is yn alcanau amrediad diesel gwerthfawr,” meddai Manoja Samantaray o Ganolfan Catalysis KAUST.

Wrth wraidd y catalydd mae cyfansoddion o ddau fetel, titaniwm a thwngsten, sydd wedi'u hangori i wyneb silica trwy atomau ocsigen. Y strategaeth a ddefnyddiwyd oedd catalysis fesul cynllun. Dangosodd astudiaethau blaenorol fod catalyddion monometallig yn ymwneud â dwy swyddogaeth: alcan i olefin ac yna metathesis olefin. Dewiswyd titaniwm oherwydd ei allu i actifadu bond CH o baraffinau i'w trawsnewid i olefinau, a dewiswyd twngsten am ei weithgaredd uchel ar gyfer metathesis olefin.

I greu'r catalydd, cynhesodd y tîm silica i gael gwared â chymaint o ddŵr â phosibl ac yna ychwanegu twngsten hexamethyl a thitaniwm tetraneopentyl, gan ffurfio powdr melyn golau. Astudiodd yr ymchwilwyr y catalydd gan ddefnyddio sbectrosgopeg cyseiniant magnetig niwclear (NMR) i ddangos bod yr atomau twngsten a thitaniwm yn gorwedd yn agos iawn at ei gilydd ar yr arwynebau silica, efallai mor agos â ≈0.5 nanometr.

Yna profodd yr ymchwilwyr, dan arweiniad Cyfarwyddwr y ganolfan Jean-Marie Basset, y catalydd trwy ei gynhesu i 150 ° C gyda phropan am dri diwrnod. Ar ôl optimeiddio amodau'r adwaith - er enghraifft, trwy ganiatáu i'r propan lifo'n barhaus dros y catalydd - canfuwyd mai prif gynhyrchion yr adwaith oedd ethan a bwtan ac y gallai pob pâr o atomau twngsten a thitaniwm gataleiddio cyfartaledd o 10,000 o gylchoedd cyn hynny. colli eu gweithgaredd. Y “rhif trosiant” hwn yw'r uchaf a adroddwyd erioed ar gyfer adwaith metathesis propan.

Mae'r ymchwilwyr yn cynnig y llwyddiant hwn o gatalysis trwy ddyluniad oherwydd effaith gydweithredol ddisgwyliedig rhwng y ddau fetel. Yn gyntaf, mae atom titaniwm yn tynnu atomau hydrogen o propan i ffurfio propen ac yna mae atom twngsten cyfagos yn torri propen agored yn ei fond dwbl carbon-carbon, gan greu darnau a all ailgyfuno i hydrocarbonau eraill. Canfu'r ymchwilwyr hefyd fod powdrau catalydd sy'n cynnwys dim ond twngsten neu ditaniwm yn perfformio'n wael iawn; hyd yn oed pan gymysgwyd y ddau bowdwr hyn gyda'i gilydd yn gorfforol, nid oedd eu perfformiad yn cyd-fynd â'r catalydd cydweithredol.

Mae'r tîm yn gobeithio dylunio catalydd gwell fyth gyda rhif trosiant uwch, ac oes hirach. “Credwn yn y dyfodol agos y gall diwydiant fabwysiadu ein dull o gynhyrchu alcanau amrediad diesel ac yn fwy cyffredinol o gatalysis trwy ddyluniad,” meddai Samantaray.