En svært effektiv katalysator som omdanner propangass til tyngre hydrokarboner er utviklet av Saudi-Arabias King Abdullah University of Science and Technology. (KAUST) forskere. Det fremskynder betydelig en kjemisk reaksjon kjent som alkanmetatese, som kan brukes til å produsere flytende drivstoff.

Katalysatoren omorganiserer propan, som inneholder tre karbonatomer, til andre molekyler, for eksempel butan (som inneholder fire karboner), pentan (med fem karboner) og etan (med to karboner). "Vårt mål er å konvertere alkaner med lavere molekylvekt til verdifulle dieselalkaner," sa Manoja Samantaray fra KAUST Catalysis Center.

I hjertet av katalysatoren er forbindelser av to metaller, titan og wolfram, som er forankret til en silikaoverflate via oksygenatomer. Strategien som ble brukt var katalyse ved design. Tidligere studier viste at monometalliske katalysatorer var engasjert i to funksjoner: alkan til olefin og deretter olefinmetatese. Titan ble valgt på grunn av dets evne til å aktivere CH-bindingen til parafiner for å transformere dem til olefiner, og wolfram ble valgt for sin høye aktivitet for olefinmetatese.

For å lage katalysatoren varmet teamet opp silika for å fjerne så mye vann som mulig og tilsatte deretter heksametylwolfram og tetraneopentyltitan, og dannet et lysegult pulver. Forskerne studerte katalysatoren ved å bruke kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi for å vise at wolfram- og titanatomene ligger ekstremt tett sammen på silikaoverflatene, kanskje så nært som ≈0,5 nanometer.

Forskerne, ledet av direktøren for senteret Jean-Marie Basset, testet deretter katalysatoren ved å varme den opp til 150 °C med propan i tre dager. Etter å ha optimalisert reaksjonsbetingelsene – for eksempel ved å la propanen strømme kontinuerlig over katalysatoren – fant de ut at hovedproduktene av reaksjonen var etan og butan og at hvert par wolfram- og titanatomer kunne katalysere gjennomsnittlig 10 000 sykluser før mister aktiviteten. Dette "omsetningstallet" er det høyeste som noen gang er rapportert for en propanmetatesereaksjon.

Denne suksessen med katalyse ved design, foreslår forskerne, skyldes en forventet samarbeidseffekt mellom de to metallene. Først fjerner et titanatom hydrogenatomer fra propan for å danne propen, og deretter bryter et nærliggende wolframatom opp propen ved sin karbon-karbon dobbeltbinding, og skaper fragmenter som kan rekombinere til andre hydrokarboner. Forskerne fant også at katalysatorpulver som bare inneholder wolfram eller titan presterte svært dårlig; selv når disse to pulverene ble fysisk blandet sammen, samsvarte ikke ytelsen deres med den samarbeidende katalysatoren.

Teamet håper å designe en enda bedre katalysator med høyere omsetningstall og lengre levetid. "Vi tror at industrien i nær fremtid kan ta i bruk vår tilnærming for å produsere dieselalkaner og mer generelt katalyse ved design," sa Samantaray.