Katalis yang sangat efisien yang mengubah gas propana menjadi hidrokarbon yang lebih berat telah dikembangkan oleh Universitas Sains dan Teknologi King Abdullah di Arab Saudi. (KAUST) peneliti. Ini secara signifikan mempercepat reaksi kimia yang dikenal sebagai metatesis alkana, yang dapat digunakan untuk menghasilkan bahan bakar cair.

Katalis mengatur ulang propana, yang mengandung tiga atom karbon, menjadi molekul lain, seperti butana (mengandung empat karbon), pentana (dengan lima karbon) dan etana (dengan dua karbon). “Tujuan kami adalah mengubah alkana dengan berat molekul rendah menjadi alkana diesel yang berharga,” kata Manoja Samantaray dari Pusat Katalisis KAUST.

Inti dari katalis adalah senyawa dari dua logam, titanium dan tungsten, yang terikat pada permukaan silika melalui atom oksigen. Strategi yang digunakan adalah katalisis berdasarkan desain. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa katalis monometalik terlibat dalam dua fungsi: alkana menjadi olefin dan kemudian metatesis olefin. Titanium dipilih karena kemampuannya mengaktifkan ikatan CH parafin untuk mengubahnya menjadi olefin, dan tungsten dipilih karena aktivitasnya yang tinggi untuk metatesis olefin.

Untuk membuat katalis, tim memanaskan silika untuk menghilangkan air sebanyak mungkin dan kemudian menambahkan heksametil tungsten dan tetraneopentil titanium, membentuk bubuk berwarna kuning muda. Para peneliti mempelajari katalis menggunakan spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) untuk menunjukkan bahwa atom tungsten dan titanium terletak sangat berdekatan pada permukaan silika, mungkin sedekat ≈0,5 nanometer.

Para peneliti yang dipimpin oleh Direktur pusat Jean-Marie Basset kemudian menguji katalis tersebut dengan memanaskannya hingga 150°C dengan propana selama tiga hari. Setelah mengoptimalkan kondisi reaksi—misalnya, dengan membiarkan propana mengalir terus menerus di atas katalis—mereka menemukan bahwa produk utama dari reaksi tersebut adalah etana dan butana dan bahwa setiap pasangan atom tungsten dan titanium dapat mengkatalisis rata-rata 10.000 siklus sebelum kehilangan aktivitas mereka. “Angka perputaran” ini adalah yang tertinggi yang pernah dilaporkan untuk reaksi metatesis propana.

Para peneliti mengusulkan keberhasilan desain katalisis ini disebabkan oleh efek kooperatif yang diharapkan antara kedua logam. Pertama, atom titanium menghilangkan atom hidrogen dari propana untuk membentuk propena dan kemudian atom tungsten di dekatnya memecah propena pada ikatan rangkap karbon-karbonnya, menciptakan fragmen yang dapat bergabung kembali menjadi hidrokarbon lain. Para peneliti juga menemukan bahwa bubuk katalis yang hanya mengandung tungsten atau titanium memiliki kinerja yang sangat buruk; bahkan ketika kedua bubuk ini dicampur secara fisik, kinerjanya tidak sesuai dengan katalis kooperatif.

Tim berharap dapat merancang katalis yang lebih baik dengan jumlah turnover yang lebih tinggi, dan masa pakai yang lebih lama. “Kami percaya bahwa dalam waktu dekat, industri dapat mengadopsi pendekatan kami untuk memproduksi alkana berbahan bakar diesel dan katalisis secara umum,” kata Samantaray.