Saudo Arabijos Karaliaus Abdulos mokslo ir technologijų universitetas sukūrė labai efektyvų katalizatorių, kuris propano dujas paverčia sunkesniais angliavandeniliais. (KAUST) tyrinėtojai. Tai žymiai pagreitina cheminę reakciją, vadinamą alkano metateze, kuri gali būti naudojama skystam kurui gaminti.

Katalizatorius perskirsto propaną, kuriame yra trys anglies atomai, į kitas molekules, tokias kaip butanas (turintis keturias anglies atomus), pentanas (su penkiais anglies atomais) ir etanas (su dviem anglies atomais). „Mūsų tikslas yra paversti mažesnės molekulinės masės alkanus vertingais dyzelino grupės alkanais“, – sakė Manoja Samantaray iš KAUST Katalizės centro.

Katalizatoriaus centre yra dviejų metalų, titano ir volframo, junginiai, kurie deguonies atomais pritvirtinami prie silicio dioksido paviršiaus. Naudota strategija buvo katalizė pagal dizainą. Ankstesni tyrimai parodė, kad monometaliniai katalizatoriai atliko dvi funkcijas: alkano į olefiną ir tada olefino metatezę. Titanas buvo pasirinktas dėl jo gebėjimo aktyvuoti parafinų CH jungtį ir paversti juos olefinais, o volframas buvo pasirinktas dėl didelio aktyvumo olefinų metatezei.

Norėdami sukurti katalizatorių, komanda kaitino silicio dioksidą, kad pašalintų kuo daugiau vandens, tada pridėjo heksametilo volframo ir tetraneopentilo titano, sudarydami šviesiai geltonus miltelius. Tyrėjai ištyrė katalizatorių naudodami branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) spektroskopiją, siekdami parodyti, kad volframo ir titano atomai yra labai arti vienas kito ant silicio dioksido paviršių, galbūt net 0,5 nanometro atstumu.

Tyrėjai, vadovaujami centro direktoriaus Jean-Marie Basset, išbandė katalizatorių tris dienas kaitindami jį iki 150 °C su propanu. Optimizavus reakcijos sąlygas, pavyzdžiui, leisdami propanui nuolat tekėti virš katalizatoriaus, jie nustatė, kad pagrindiniai reakcijos produktai buvo etanas ir butanas ir kad kiekviena volframo ir titano atomų pora galėjo katalizuoti vidutiniškai 10 000 ciklų prieš. praranda savo veiklą. Šis „apyvartos skaičius“ yra didžiausias kada nors praneštas propano metatezės reakcijai.

Šią projektavimo katalizės sėkmę, pasak mokslininkų, nulėmė numatomas dviejų metalų bendradarbiavimo efektas. Pirma, titano atomas pašalina vandenilio atomus iš propano, kad susidarytų propenas, o tada gretimas volframo atomas suardo propeną ties jo dviguba anglies ir anglies jungtimi, sukurdamas fragmentus, kurie gali rekombinuotis į kitus angliavandenilius. Tyrėjai taip pat nustatė, kad katalizatorių milteliai, kuriuose yra tik volframo arba titano, veikė labai prastai; net kai šie du milteliai buvo fiziškai sumaišyti, jų veikimas neatitiko kooperatyvo katalizatoriaus.

Komanda tikisi sukurti dar geresnį katalizatorių su didesniu apyvartos skaičiumi ir ilgesniu tarnavimo laiku. „Manome, kad netolimoje ateityje pramonė galės pritaikyti mūsų požiūrį į dyzelinių alkanų gamybą ir, apskritai, katalizės konstrukciją“, – sakė Samantaray.