프로판 가스를 더 무거운 탄화수소로 변환하는 고효율 촉매가 사우디아라비아의 King Abdullah 과학 기술 대학교에서 개발되었습니다. (KAUST) 연구원. 이는 액체 연료를 생산하는 데 사용될 수 있는 알칸 복분해로 알려진 화학 반응의 속도를 크게 높입니다.

촉매는 3개의 탄소 원자를 포함하는 프로판을 부탄(4개의 탄소 포함), 펜탄(5개의 탄소 포함) 및 에탄(2개의 탄소 포함)과 같은 다른 분자로 재배열합니다. KAUST 촉매 센터의 Manoja Samantaray는 "우리의 목표는 저분자량 알칸을 가치 있는 디젤 등급 알칸으로 전환하는 것입니다."라고 말했습니다.

촉매의 중심에는 산소 원자를 통해 실리카 표면에 고정된 티타늄과 텅스텐이라는 두 가지 금속의 화합물이 있습니다. 사용된 전략은 설계에 따른 촉매작용이었습니다. 이전 연구에서는 단일금속 촉매가 알칸에서 올레핀으로, 그 다음에는 올레핀 복분해라는 두 가지 기능에 관여하는 것으로 나타났습니다. 티타늄은 파라핀의 CH 결합을 활성화하여 올레핀으로 변환하는 능력 때문에 선택되었으며, 텅스텐은 올레핀 복분해에 대한 높은 활성 때문에 선택되었습니다.

연구진은 촉매를 만들기 위해 실리카를 가열해 물을 최대한 제거한 뒤 헥사메틸 텅스텐과 테트라네오펜틸 티타늄을 첨가해 연노란색 분말을 만들었다. 연구진은 핵자기공명(NMR) 분광학을 사용하여 촉매를 연구하여 텅스텐과 티타늄 원자가 실리카 표면에 매우 가깝게, 아마도 약 0.5 나노미터만큼 가깝게 위치한다는 것을 보여주었습니다.

Jean-Marie Basset 센터장이 이끄는 연구진은 촉매를 프로판과 함께 150°C로 3일 동안 가열하여 테스트했습니다. 예를 들어 프로판이 촉매 위로 연속적으로 흐르도록 하여 반응 조건을 최적화한 후 그들은 반응의 주요 생성물이 에탄과 부탄이고 각 텅스텐과 티타늄 원자 쌍이 이전에 평균 10,000주기 동안 촉매 작용을 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 활동을 잃습니다. 이 "회전율"은 프로판 복분해 반응에 대해 보고된 것 중 가장 높은 것입니다.

연구자들은 이러한 설계에 의한 촉매작용의 성공은 두 금속 사이의 기대되는 협력 효과에 기인한다고 제안합니다. 먼저, 티타늄 원자가 프로판에서 수소 원자를 제거하여 프로펜을 형성한 다음, 인접한 텅스텐 원자가 탄소-탄소 이중 결합에서 열린 프로펜을 분해하여 다른 탄화수소로 재결합할 수 있는 조각을 생성합니다. 연구진은 또한 텅스텐이나 티타늄만을 함유한 촉매 분말의 성능이 매우 좋지 않다는 사실도 발견했습니다. 이 두 분말을 물리적으로 함께 혼합하더라도 그 성능은 협력 촉매와 일치하지 않았습니다.

팀은 더 높은 회전율과 더 긴 수명을 갖춘 더 나은 촉매를 설계하기를 희망합니다. Samantaray는 “가까운 미래에 업계에서는 디젤 알칸 생산과 보다 일반적으로 촉매 작용을 위한 우리의 접근 방식을 채택할 수 있을 것으로 믿습니다.”라고 말했습니다.