Saudi Araabia King Abdullahi teaduse ja tehnoloogia ülikool on välja töötanud ülitõhusa katalüsaatori, mis muundab propaani raskemateks süsivesinikeks. (KAUST) uurijad. See kiirendab oluliselt keemilist reaktsiooni, mida nimetatakse alkaani metateesiks, mida saaks kasutada vedelkütuste tootmiseks.

Katalüsaator korraldab kolme süsinikuaatomit sisaldava propaani ümber teisteks molekulideks, nagu butaan (sisaldab nelja süsinikuaatomit), pentaan (viie süsinikuga) ja etaan (kahe süsinikuga). "Meie eesmärk on muuta madalama molekulmassiga alkaanid väärtuslikeks diislikütuse alkaanideks," ütles Manoja Samantaray KAUST katalüüsikeskusest.

Katalüsaatori keskmes on kahe metalli, titaani ja volframi ühendid, mis on hapnikuaatomite kaudu ankurdatud ränidioksiidi pinnale. Kasutatud strateegia oli kavandatud katalüüs. Varasemad uuringud näitasid, et monometallilised katalüsaatorid täitsid kahte funktsiooni: alkaanist olefiiniks ja seejärel olefiini metateesiks. Titaan valiti selle võime tõttu aktiveerida parafiinide CH-sidet, et muuta need olefiinideks, ja volfram valiti selle kõrge aktiivsuse tõttu olefiinide metateesiks.

Katalüsaatori loomiseks kuumutas meeskond ränidioksiidi, et eemaldada võimalikult palju vett, ning seejärel lisati heksametüülvolframi ja tetraneopentüültitaani, moodustades helekollase pulbri. Teadlased uurisid katalüsaatorit tuumamagnetresonantsi (NMR) spektroskoopia abil, et näidata, et volframi ja titaani aatomid asuvad ränidioksiidi pindadel üksteisele äärmiselt lähedal, võib-olla nii lähedal kui ≈0,5 nanomeetrit.

Seejärel katsetasid teadlased keskuse direktori Jean-Marie Bassetiga katalüsaatorit, kuumutades seda kolm päeva propaaniga 150 °C-ni. Pärast reaktsioonitingimuste optimeerimist – näiteks lubades propaanil pidevalt üle katalüsaatori voolata – leidsid nad, et reaktsiooni peamised produktid olid etaan ja butaan ning et iga volframi- ja titaaniaatomi paar võib katalüüsida keskmiselt 10 000 tsüklit enne. oma aktiivsust kaotamas. See "käibearv" on suurim propaani metateesi reaktsiooni kohta kunagi teatatud.

Teadlaste arvates on see kavandatud katalüüsi edu tingitud kahe metalli eeldatavast koostööst. Esiteks eemaldab titaaniaatom propaanist vesinikuaatomeid, moodustades propeeni ja seejärel lõhub naabruses asuv volframiaatom lahti propeeni selle süsinik-süsinik kaksiksideme juures, luues fragmente, mis võivad rekombineerida teisteks süsivesinikeks. Teadlased leidsid ka, et ainult volframit või titaani sisaldavad katalüsaatorpulbrid toimisid väga halvasti; isegi kui need kaks pulbrit olid füüsiliselt kokku segatud, ei vastanud nende jõudlus koostöö katalüsaatorile.

Meeskond loodab luua veelgi parema katalüsaatori suurema käibenumbri ja pikema elueaga. "Usume, et lähitulevikus saab tööstus kasutusele võtta meie lähenemisviisi diislikütuse alkaanide tootmiseks ja üldisemalt katalüüsi kavandamisel," ütles Samantaray.