Пропан газын ауыр көмірсутектерге айналдыратын жоғары тиімді катализаторды Сауд Арабиясының Король Абдулла ғылым және технология университеті әзірледі. (KAUST) зерттеушілері. Ол сұйық отынды өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін алкандық метатез деп аталатын химиялық реакцияны айтарлықтай жылдамдатады.

Катализатор құрамында үш көміртегі атомы бар пропанды бутан (құрамында төрт көміртегі бар), пентан (бес көміртегі бар) және этан (екі көміртегі бар) сияқты басқа молекулаларға қайта реттейді. «Біздің мақсатымыз төмен молекулалық салмақты алкандарды құнды дизельдік диапазондағы алкандарға айналдыру», - деді KAUST катализ орталығынан Маножа Самантарай.

Катализатордың негізінде екі металдың, титан мен вольфрамның қосылыстары жатыр, олар оттегі атомдары арқылы кремний диоксиді бетіне бекітіледі. Қолданылған стратегия дизайн бойынша катализ болды. Алдыңғы зерттеулер монометалдық катализаторлардың екі қызмет атқаратынын көрсетті: алканнан олефинге дейін, содан кейін олефиннің метатезі. Титан олефиндерге айналдыру үшін парафиндердің CH байланысын белсендіру қабілетіне байланысты таңдалды, ал вольфрам олефин метатезі үшін жоғары белсенділігі үшін таңдалды.

Катализаторды жасау үшін топ мүмкіндігінше суды кетіру үшін кремнеземді қыздырды, содан кейін гексаметил вольфрам мен тетранеопентил титанды қосып, ашық-сары ұнтақ құрады. Зерттеушілер катализаторды ядролық магниттік-резонанстық (ЯМР) спектроскопиясының көмегімен зерттеп, вольфрам мен титан атомдары кремний диоксиді беттерінде бір-біріне өте жақын, мүмкін ≈0,5 нанометрге жақын орналасқанын көрсетті.

Содан кейін орталық директоры Жан-Мари Бассет бастаған зерттеушілер катализаторды үш күн бойы пропанмен 150°C-қа дейін қыздыру арқылы сынақтан өткізді. Реакция шарттарын оңтайландырғаннан кейін, мысалы, пропанның катализатордың үстінен үздіксіз ағып кетуіне мүмкіндік беру арқылы олар реакцияның негізгі өнімдері этан мен бутан болатынын және вольфрам мен титан атомдарының әрбір жұбы орта есеппен 10 000 цикл катализдей алатынын анықтады. белсенділігін жоғалтады. Бұл «айналым саны» пропан метатезі реакциясы үшін бұрыннан хабарланған ең жоғары көрсеткіш.

Дизайн бойынша катализдің бұл жетістігі, зерттеушілер екі метал арасындағы күтілетін бірлескен әсерге байланысты деп болжайды. Біріншіден, титан атомы пропенді қалыптастыру үшін пропаннан сутегі атомдарын алып тастайды, содан кейін көрші вольфрам атомы көміртегі-көміртек қос байланысында ашық пропенді бұзады, бұл басқа көмірсутектерге қайта қосылатын фрагменттерді жасайды. Зерттеушілер сонымен қатар құрамында вольфрам немесе титан бар катализатор ұнтақтары өте нашар жұмыс істейтінін анықтады; тіпті бұл екі ұнтақ физикалық түрде араласқан кезде де, олардың өнімділігі кооперативтік катализаторға сәйкес келмеді.

Команда жоғары айналым саны және ұзақ қызмет мерзімі бар бұдан да жақсы катализаторды жасауға үміттенеді. «Біз жақын болашақта өнеркәсіп дизельдік диапазондағы алкандарды және жалпы катализді жобалау бойынша біздің әдісімізді қабылдай алады деп сенеміз», - деді Самантарай.