Saudi-Arabian kuningas Abdullahin tiede- ja teknologiayliopisto on kehittänyt erittäin tehokkaan katalyytin, joka muuntaa propaanikaasun raskaammiksi hiilivedyiksi. (KAUST) tutkijat. Se nopeuttaa merkittävästi alkaanimetateesinä tunnettua kemiallista reaktiota, jota voitaisiin käyttää nestemäisten polttoaineiden valmistukseen.

Katalyytti järjestää kolme hiiliatomia sisältävän propaanin uudelleen muiksi molekyyleiksi, kuten butaaniksi (sisältää neljä hiiltä), pentaaniksi (viisi hiiltä) ja etaaniksi (kaksi hiiltä). "Tavoitteemme on muuntaa alhaisemman molekyylipainon alkaanit arvokkaiksi diesel-alkaaneiksi", sanoi Manoja Samantaray KAUSTin katalyysikeskuksesta.

Katalyytin ytimessä ovat kahden metallin, titaanin ja volframin yhdisteet, jotka on ankkuroitunut piidioksidin pintaan happiatomien kautta. Käytetty strategia oli suunnittelun katalysointi. Aiemmat tutkimukset osoittivat, että monometalliset katalyytit osallistuivat kahteen toimintoon: alkaanista olefiiniksi ja sitten olefiinin metateesiin. Titaani valittiin, koska se pystyi aktivoimaan parafiinien CH-sidoksen ja muuttamaan ne olefiineiksi, ja volframi valittiin sen korkean aktiivisuuden vuoksi olefiinien metateesiin.

Katalyytin luomiseksi ryhmä kuumensi piidioksidia poistaakseen mahdollisimman paljon vettä ja lisäsi sitten heksametyylivolframia ja tetraneopentyylititaania muodostaen vaaleankeltaisen jauheen. Tutkijat tutkivat katalyyttiä ydinmagneettisen resonanssin (NMR) spektroskopialla osoittaakseen, että volframi- ja titaaniatomit sijaitsevat erittäin lähellä toisiaan piidioksidin pinnoilla, ehkä jopa 0,5 nanometriä.

Tutkijat, joita johti keskuksen johtaja Jean-Marie Basset, testasivat sitten katalyyttiä kuumentamalla sitä 150 °C:seen propaanilla kolmen päivän ajan. Optimoituaan reaktio-olosuhteet – esimerkiksi antamalla propaanin virrata jatkuvasti katalyytin yli – he havaitsivat, että reaktion päätuotteet olivat etaani ja butaani ja että jokainen volframi- ja titaaniatomipari saattoi katalysoida keskimäärin 10 000 sykliä ennen menettävät aktiivisuutensa. Tämä "liikevaihtoluku" on suurin koskaan raportoitu propaanin metateesireaktiosta.

Tämä suunniteltu katalyysin menestys, tutkijat ehdottavat, johtuu odotetusta yhteistyövaikutuksesta näiden kahden metallin välillä. Ensin titaaniatomi poistaa vetyatomeja propaanista muodostaen propeenia, ja sitten viereinen volframiatomi katkaisee propeenin sen hiili-hiili-kaksoissidoksesta, jolloin syntyy fragmentteja, jotka voivat yhdistyä uudelleen muiksi hiilivedyiksi. Tutkijat havaitsivat myös, että vain volframia tai titaania sisältävät katalyyttijauheet toimivat erittäin huonosti; vaikka nämä kaksi jauhetta sekoitettiin fyysisesti yhteen, niiden suorituskyky ei vastannut yhteistoiminnallista katalyyttiä.

Tiimi toivoo voivansa suunnitella entistä paremman katalysaattorin, jolla on suurempi liikevaihto ja pidempi käyttöikä. "Uskomme, että teollisuus voi lähitulevaisuudessa omaksua lähestymistapamme diesel-alkaanien ja yleisemmin katalyysisuunnittelun tuottamiseen", Samantaray sanoi.