זרז יעיל ביותר הממיר גז פרופאן לפחמימנים כבדים יותר פותח על ידי אוניברסיטת המלך עבדאללה של ערב הסעודית למדע וטכנולוגיה. (KAUST) חוקרים. זה מאיץ באופן משמעותי תגובה כימית המכונה מטאתזה של אלקן, שיכול לשמש לייצור דלקים נוזליים.

הזרז מארגן מחדש את הפרופאן, המכיל שלושה אטומי פחמן, למולקולות אחרות, כגון בוטאן (המכיל ארבעה פחמנים), פנטאן (עם חמישה פחמנים) ואתאן (עם שני פחמנים). "המטרה שלנו היא להמיר אלקנים במשקל מולקולרי נמוך יותר לאלקנים בעלי ערך דיזל," אמרה Manoja Samantaray ממרכז הקטליזה של KAUST.

בלב הזרז נמצאות תרכובות של שתי מתכות, טיטניום וטונגסטן, המעוגנות למשטח סיליקה באמצעות אטומי חמצן. האסטרטגיה שבה נעשה שימוש הייתה קטליזה לפי תכנון. מחקרים קודמים הראו שזרזים מונו-מטאליים היו מעורבים בשתי פונקציות: אלקן לאולפין ולאחר מכן מטאתזה של אולפינים. טיטניום נבחר בגלל יכולתו להפעיל את הקשר CH של פרפינים כדי להפוך אותם לאולפינים, וטונגסטן נבחר בשל פעילותו הגבוהה למטאתזה של אולפינים.

כדי ליצור את הזרז, הצוות חימם סיליקה כדי להסיר כמה שיותר מים ולאחר מכן הוסיף הקסמתיל טונגסטן וטיטניום טטרנאופנטיל, ויצרו אבקה צהובה בהירה. החוקרים חקרו את הזרז באמצעות ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית (NMR) כדי להראות שאטומי הטונגסטן והטיטניום נמצאים קרוב מאוד זה לזה על משטחי הסיליקה, אולי קרוב ל-0.5 ננומטר.

החוקרים, בראשות מנהל המרכז ז'אן-מארי באסט, בדקו את הזרז על ידי חימום ל-150 מעלות צלזיוס עם פרופאן במשך שלושה ימים. לאחר אופטימיזציה של תנאי התגובה - למשל, על ידי מתן אפשרות לפרופאן לזרום ברציפות על הזרז - הם גילו שהתוצרים העיקריים של התגובה היו אתאן ובוטאן ושכל זוג של אטומי טונגסטן וטיטניום יכול לזרז בממוצע 10,000 מחזורים לפני כן. מאבדים את פעילותם. "מספר המחזור" הזה הוא הגבוה ביותר שדווח אי פעם עבור תגובת מטאטזה של פרופאן.

ההצלחה הזו של קטליזה לפי תכנון, מציעים החוקרים, נובעת מאפקט שיתופי צפוי בין שתי המתכות. ראשית, אטום טיטניום מסיר אטומי מימן מפרופאן ליצירת פרופן ולאחר מכן אטום טונגסטן סמוך שובר את הפרופן בקשר הכפול פחמן-פחמן שלו, ויוצר שברים שיכולים להתאחד מחדש לפחמימנים אחרים. החוקרים מצאו גם שאבקות זרז המכילות טונגסטן או טיטניום בלבד פעלו בצורה גרועה מאוד; גם כאשר שתי האבקות הללו היו מעורבות פיזית יחד, הביצועים שלהן לא תאמו את הזרז השיתופי.

הצוות מקווה לעצב זרז טוב עוד יותר עם מספר מחזור גבוה יותר ואורך חיים ארוך יותר. "אנו מאמינים שבעתיד הקרוב, התעשייה יכולה לאמץ את הגישה שלנו לייצור אלקנים בטווח דיזל ובאופן כללי יותר של קטליזה לפי תכנון", אמר Samantaray.