Sveučilište za znanost i tehnologiju kralja Abdullaha u Saudijskoj Arabiji razvilo je visoko učinkovit katalizator koji pretvara plin propan u teže ugljikovodike. (KAUST) istraživači. Značajno ubrzava kemijsku reakciju poznatu kao metateza alkana, koja bi se mogla koristiti za proizvodnju tekućih goriva.

Katalizator pregrađuje propan, koji sadrži tri atoma ugljika, u druge molekule, kao što su butan (sadrži četiri ugljika), pentan (s pet ugljika) i etan (s dva ugljika). "Naš cilj je pretvoriti alkane niže molekularne težine u vrijedne alkane iz raspona dizelskih goriva", rekao je Manoja Samantaray iz KAUST Catalysis Center.

Srce katalizatora su spojevi dvaju metala, titana i volframa, koji su usidreni na površinu silicijevog dioksida preko atoma kisika. Korištena strategija bila je kataliza po dizajnu. Prethodne studije su pokazale da su monometalni katalizatori uključeni u dvije funkcije: alkan u olefin i zatim metateza olefina. Titan je odabran zbog svoje sposobnosti da aktivira CH vezu parafina kako bi ih pretvorio u olefine, a volfram je odabran zbog svoje visoke aktivnosti za metatezu olefina.

Kako bi izradili katalizator, tim je zagrijao silicijev dioksid kako bi uklonio što više vode, a zatim dodao heksametil volfram i tetraneopentil titan, formirajući svijetložuti prah. Istraživači su proučavali katalizator pomoću spektroskopije nuklearne magnetske rezonancije (NMR) kako bi pokazali da atomi volframa i titana leže izuzetno blizu jedan drugome na površinama silicijevog dioksida, možda čak ≈0,5 nanometara.

Istraživači, predvođeni direktorom centra Jean-Marieom Bassetom, zatim su testirali katalizator grijući ga na 150°C s propanom tri dana. Nakon što su optimizirali uvjete reakcije—na primjer, dopuštajući propanu da kontinuirano teče preko katalizatora—otkrili su da su glavni produkti reakcije etan i butan i da svaki par atoma volframa i titana može katalizirati prosječno 10 000 ciklusa prije gube svoju aktivnost. Ovaj "broj obrtaja" najveći je ikad prijavljen za reakciju metateze propana.

Istraživači predlažu da je ovaj uspjeh katalize prema dizajnu rezultat očekivanog kooperativnog učinka između dva metala. Prvo, atom titana uklanja atome vodika iz propana da nastane propen, a zatim susjedni atom volframa razbija propen na njegovoj dvostrukoj vezi ugljik-ugljik, stvarajući fragmente koji se mogu rekombinirati u druge ugljikovodike. Istraživači su također otkrili da praškovi katalizatora koji sadrže samo volfram ili titan imaju vrlo loše rezultate; čak i kad su se ova dva praha fizički pomiješala, 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 alkana u dizelskoj gori i općenito za katalizu prema dizajnu,” rekao je Samantaray.