Ļoti efektīvu katalizatoru, kas pārvērš propāna gāzi smagākos ogļūdeņražos, ir izstrādājusi Saūda Arābijas Karaļa Abdulas Zinātnes un tehnoloģijas universitāte. (KAUST) pētnieki. Tas ievērojami paātrina ķīmisko reakciju, kas pazīstama kā alkāna metatēze, ko varētu izmantot šķidrās degvielas ražošanai.

Katalizators pārkārto propānu, kas satur trīs oglekļa atomus, citās molekulās, piemēram, butānā (satur četrus oglekļa atomus), pentānā (ar pieciem oglekļa atomiem) un etānā (ar diviem oglekļa atomiem). "Mūsu mērķis ir pārveidot zemākas molekulmasas alkānus vērtīgos dīzeļdegvielas klāsta alkānos," sacīja Manoja Samantaray no KAUST Katalīzes centra.

Katalizatora pamatā ir divu metālu, titāna un volframa, savienojumi, kas ar skābekļa atomu palīdzību ir piestiprināti pie silīcija dioksīda virsmas. Izmantotā stratēģija bija dizaina katalīze. Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka monometāla katalizatori bija iesaistīti divās funkcijās: alkāns uz olefīnu un pēc tam olefīna metatēze. Titāns tika izvēlēts, jo tas spēj aktivizēt parafīnu CH saiti, lai tos pārveidotu par olefīniem, un volframs tika izvēlēts tā augstās aktivitātes dēļ olefīnu metatēzei.

Lai izveidotu katalizatoru, komanda karsēja silīcija dioksīdu, lai noņemtu pēc iespējas vairāk ūdens, un pēc tam pievienoja heksametilvolframu un tetraneopentiltitānu, veidojot gaiši dzeltenu pulveri. Pētnieki pētīja katalizatoru, izmantojot kodolmagnētiskās rezonanses (NMR) spektroskopiju, lai parādītu, ka volframa un titāna atomi atrodas ārkārtīgi tuvu viens otram uz silīcija dioksīda virsmām, iespējams, līdz 0,5 nanometriem.

Pēc tam pētnieki centra direktora Žana Marī Basē vadībā pārbaudīja katalizatoru, trīs dienas karsējot to līdz 150°C ar propānu. Pēc reakcijas apstākļu optimizēšanas, piemēram, ļaujot propānam nepārtraukti plūst virs katalizatora, viņi atklāja, ka galvenie reakcijas produkti bija etāns un butāns un ka katrs volframa un titāna atomu pāris varēja katalizēt vidēji 10 000 ciklu pirms tam. zaudē savu aktivitāti. Šis “apgrozījuma skaitlis” ir augstākais, kāds jebkad ziņots par propāna metatēzes reakciju.

Pēc pētnieku domām, šie projektēšanas katalīzes panākumi ir saistīti ar paredzamo abu metālu sadarbības efektu. Pirmkārt, titāna atoms atdala ūdeņraža atomus no propāna, veidojot propēnu, un tad blakus esošais volframa atoms sadala propēnu pie tā oglekļa-oglekļa dubultsaites, radot fragmentus, kas var rekombinēties citos ogļūdeņražos. Pētnieki arī atklāja, ka katalizatora pulveri, kas satur tikai volframu vai titānu, darbojās ļoti slikti; pat tad, kad šie divi pulveri tika fiziski sajaukti kopā, to veiktspēja neatbilda sadarbības katalizatoram.

Komanda cer izveidot vēl labāku katalizatoru ar lielāku apgrozījuma skaitu un ilgāku kalpošanas laiku. "Mēs uzskatām, ka tuvākajā nākotnē nozare var pieņemt mūsu pieeju dīzeļdegvielas klāsta alkānu ražošanai un vispārīgāk - katalīzei pēc konstrukcijas," sacīja Samantaray.