プロパンガスをより重質の炭化水素に変換する高効率触媒が、サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学によって開発された。 (KAUST) 研究者。これは、液体燃料の製造に使用できるアルカンメタセシスとして知られる化学反応を大幅にスピードアップします。

触媒は、3 つの炭素原子を含むプロパンを、ブタン (4 つの炭素原子を含む)、ペンタン (5 つの炭素原子を含む)、エタン (2 つの炭素原子を含む) などの他の分子に再配置します。 「私たちの目的は、低分子量のアルカンを価値のあるディーゼル範囲のアルカンに変換することです」とKAUST触媒センターのマノジャ・サマンタライ氏は語った。

触媒の中心には、チタンとタングステンという 2 つの金属の化合物があり、酸素原子を介してシリカ表面に固定されています。使用された戦略は、設計による触媒作用でした。これまでの研究では、単金属触媒がアルカンからオレフィンへ、そしてオレフィンのメタセシスという 2 つの機能に関与していることが示されています。チタンはパラフィンの CH 結合を活性化してオレフィンに変換する能力があるため、タングステンはオレフィンのメタセシス活性が高いために選ばれました。

触媒を作成するために、チームはシリカを加熱してできるだけ多くの水を除去し、その後ヘキサメチルタングステンとテトラネオペンチルチタンを加えて、淡黄色の粉末を形成した。研究者らは、核磁気共鳴（NMR）分光法を使用して触媒を研究し、タングステンとチタンの原子がシリカ表面上で非常に近く、おそらく約0.5ナノメートル程度の距離にあることを示した。

同センター所長のジャンマリー・バセット氏率いる研究者らは、触媒をプロパンで150℃に3日間加熱してテストした。たとえば、プロパンを触媒上に連続的に流すことで反応条件を最適化した後、反応の主な生成物はエタンとブタンであり、タングステン原子とチタン原子の各ペアが平均 10,000 サイクル触媒作用を発揮できることを発見しました。彼らの活動を失うこと。この「ターンオーバー数」は、​​プロパンメタセシス反応としてこれまで報告された中で最高のものです。

研究者らは、設計による触媒作用の成功は、2 つの金属間に期待される協力効果によるものであると提案しています。まず、チタン原子がプロパンから水素原子を除去してプロペンを形成し、次に隣接するタングステン原子がプロペンの炭素-炭素二重結合を壊して、他の炭化水素に再結合できる断片を生成します。研究者らはまた、タングステンまたはチタンのみを含む触媒粉末の性能が非常に低いことも発見しました。これら 2 つの粉末を物理的に混合した場合でも、それらの性能は協調触媒に匹敵しませんでした。

チームは、より高い回転数とより長い寿命を備えた、さらに優れた触媒を設計したいと考えています。 「近い将来、産業界がディーゼル範囲のアルカンの製造、より一般的には設計による触媒の製造に当社のアプローチを採用できると信じています」とサマンタライ氏は述べた。