A szaúd-arábiai Abdullah Király Tudományos és Technológiai Egyetem kifejlesztett egy rendkívül hatékony katalizátort, amely a propángázt nehezebb szénhidrogénekké alakítja. (KAUST) kutatói. Jelentősen felgyorsítja az alkán-metatézis néven ismert kémiai reakciót, amelyet folyékony üzemanyagok előállítására lehetne használni.

A katalizátor a három szénatomot tartalmazó propánt más molekulákká rendezi át, mint például a bután (négy szénatom), a pentán (öt szénatom) és az etán (két szénatom). „Az a célunk, hogy a kisebb molekulatömegű alkánokat értékes dízel-alkánokká alakítsuk” – mondta Manoja Samantaray, a KAUST Katalízis Központ munkatársa.

A katalizátor középpontjában két fém, a titán és a wolfram vegyületei állnak, amelyek oxigénatomokon keresztül a szilícium-dioxid felületéhez vannak rögzítve. Az alkalmazott stratégia a tervezési katalízis volt. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a monofém katalizátorok két funkciót töltenek be: alkánból olefinné, majd olefin metatézist. A titánt azért választották, mert képes aktiválni a paraffinok CH-kötését, és olefinné alakítani, a volfrámot pedig az olefin metatézishez való nagy aktivitása miatt.

A katalizátor létrehozásához a csapat szilícium-dioxidot hevített, hogy a lehető legtöbb vizet távolítsa el, majd hexametil-volfrámot és tetraneopentil-titánt adtak hozzá, így világossárga port képeztek. A kutatók a katalizátort magmágneses rezonancia (NMR) spektroszkópiával tanulmányozták annak kimutatására, hogy a wolfram- és titánatomok rendkívül közel helyezkednek el egymáshoz a szilícium-dioxid felületén, akár 0,5 nanométeres távolságban is.

A kutatók a központ igazgatója, Jean-Marie Basset vezetésével tesztelték a katalizátort úgy, hogy három napig propánnal 150 °C-ra melegítették. A reakciókörülmények optimalizálása után – például azáltal, hogy a propánt folyamatosan engedték a katalizátoron átfolyni – azt találták, hogy a reakció fő termékei az etán és a bután, és minden egyes volfrám- és titánatompár átlagosan 10 000 ciklust képes katalizálni. elveszítik tevékenységüket. Ez a „forgalmi szám” a valaha jelentett legmagasabb propán-metatézis-reakció.

A kutatók szerint a tervezett katalízis sikere a két fém közötti várható együttműködési hatásnak köszönhető. Először egy titánatom eltávolítja a hidrogénatomokat a propánból, hogy propént képezzen, majd egy szomszédos wolframatom felbontja a propént a szén-szén kettős kötésénél, és olyan fragmentumokat hoz létre, amelyek más szénhidrogénekké rekombinálódhatnak. A kutatók azt is megállapították, hogy a csak volfrámot vagy titánt tartalmazó katalizátorporok nagyon gyengén teljesítettek; még akkor is, ha ezt a két port fizikailag összekeverték, teljesítményük nem felelt meg a kooperatív katalizátornak.

A csapat azt reméli, hogy egy még jobb katalizátort terveznek magasabb forgalmi számmal és hosszabb élettartammal. „Úgy gondoljuk, hogy a közeljövőben az ipar átveheti a mi megközelítésünket a dízel-alkánok és általánosabban a tervezési katalizátorok előállítására” – mondta Samantaray.