უაღრესად ეფექტური კატალიზატორი, რომელიც პროპან გაზს უფრო მძიმე ნახშირწყალბადებად გარდაქმნის, შეიმუშავა საუდის არაბეთის მეფე აბდულა მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტმა. (KAUST) მკვლევარები. ის მნიშვნელოვნად აჩქარებს ქიმიურ რეაქციას, რომელიც ცნობილია ალკანის მეტათეზის სახელით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას თხევადი საწვავის წარმოებისთვის.

კატალიზატორი აწესრიგებს პროპანს, რომელიც შეიცავს სამ ნახშირბადის ატომს, სხვა მოლეკულებად, როგორიცაა ბუტანი (შეიცავს ოთხ ნახშირბადს), პენტანს (ხუთი ნახშირბადით) და ეთანს (ორი ნახშირბადით). ”ჩვენი მიზანია გადავიყვანოთ დაბალი მოლეკულური წონის ალკანები დიზელის დიაპაზონის ღირებულ ალკანებად”, - თქვა მანოჯა სამანტარაიმ KAUST Catalysis Center-იდან.

კატალიზატორის გულში არის ორი მეტალის, ტიტანისა და ვოლფრამის ნაერთები, რომლებიც ჟანგბადის ატომების მეშვეობით ამაგრებენ სილიციუმის ზედაპირზე. გამოყენებული სტრატეგია იყო კატალიზი დიზაინით. წინა კვლევებმა აჩვენა, რომ მონომეტალური კატალიზატორები ასრულებდნენ ორ ფუნქციას: ალკანიდან ოლეფინამდე და შემდეგ ოლეფინის მეტათეზში. ტიტანი არჩეული იქნა პარაფინების CH კავშირის გააქტიურების უნარის გამო, რათა გარდაქმნას ისინი ოლეფინებად, ხოლო ვოლფრამი არჩეული იქნა მისი მაღალი აქტივობისთვის ოლეფინის მეტათეზისთვის.

კატალიზატორის შესაქმნელად ჯგუფმა გაახურა სილიციუმი, რათა რაც შეიძლება მეტი წყალი ამოეღო და შემდეგ დაამატა ჰექსამეთილ ვოლფრამი და ტეტრანეოპენტილ ტიტანი, რაც ღია-ყვითელ ფხვნილს ქმნიდა. მკვლევარებმა შეისწავლეს კატალიზატორი ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის (NMR) სპექტროსკოპიის გამოყენებით, რათა ეჩვენებინათ, რომ ვოლფრამის და ტიტანის ატომები ერთმანეთთან ძალიან ახლოსაა სილიციუმის ზედაპირზე, შესაძლოა ≈0,5 ნანომეტრამდე.

მკვლევარებმა, ცენტრის დირექტორის ჟან-მარი ბასეტის ხელმძღვანელობით, გამოსცადეს კატალიზატორი 150°C-მდე გაცხელებით პროპანით სამი დღის განმავლობაში. რეაქციის პირობების ოპტიმიზაციის შემდეგ - მაგალითად, პროპანს კატალიზატორზე უწყვეტად დინების მიცემით - მათ აღმოაჩინეს, რომ რეაქციის ძირითადი პროდუქტები იყო ეთანი და ბუტანი და რომ ვოლფრამის და ტიტანის ატომების თითოეულ წყვილს შეეძლო საშუალოდ 10000 ციკლის დაწყებამდე კატალიზება. კარგავენ აქტივობას. ეს „ბრუნვის რიცხვი“ ყველაზე მაღალია, რაც კი ოდესმე დაფიქსირებულა პროპანის მეტათეზის რეაქციაზე.

მკვლევარების ვარაუდით, კატალიზის ეს წარმატება დიზაინით გამოწვეულია ორ ლითონს შორის მოსალოდნელი თანამშრომლობითი ეფექტით. ჯერ ტიტანის ატომი აშორებს წყალბადის ატომებს პროპანიდან პროპენის წარმოქმნით, შემდეგ კი მეზობელი ვოლფრამის ატომი არღვევს ღია პროპენს ნახშირბად-ნახშირბადის ორმაგ ბმასთან და ქმნის ფრაგმენტებს, რომლებსაც შეუძლიათ სხვა ნახშირწყალბადებად გაერთიანება. მკვლევარებმა ასევე დაადგინეს, რომ კატალიზატორის ფხვნილები, რომლებიც შეიცავს მხოლოდ ვოლფრამს ან ტიტანს, ძალიან ცუდად მუშაობენ; მაშინაც კი, როდესაც ეს ორი ფხვნილი ფიზიკურად იყო შერეული, მათი მოქმედება არ ემთხვეოდა კოოპერატიულ კატალიზატორს.

გუნდი იმედოვნებს, რომ შეიმუშავებს კიდევ უფრო კარგ კატალიზატორს უფრო მაღალი ბრუნვის რაოდენობით და უფრო ხანგრძლივი მოქმედებით. „ჩვენ გვჯერა, რომ უახლოეს მომავალში ინდუსტრიას შეუძლია გამოიყენოს ჩვენი მიდგომა დიზელის დიაპაზონის ალკანების და, ზოგადად, დიზაინის მიხედვით კატალიზების წარმოებისთვის“, - თქვა სამანტარაიმ.