Un catalizator extrem de eficient care transformă gazul propan în hidrocarburi mai grele a fost dezvoltat de Universitatea de Știință și Tehnologie King Abdullah din Arabia Saudită. (KAUST) cercetători. Accelerează semnificativ o reacție chimică cunoscută sub numele de metateză alcanilor, care ar putea fi folosită pentru a produce combustibili lichizi.

Catalizatorul rearanjează propanul, care conține trei atomi de carbon, în alte molecule, cum ar fi butanul (conținând patru atomi de carbon), pentanul (cu cinci atomi de carbon) și etanul (cu doi atomi de carbon). „Scopul nostru este de a transforma alcanii cu greutate moleculară mai mică în alcani valoroși din gama diesel”, a spus Manoja Samantaray de la Centrul de cataliză KAUST.

În centrul catalizatorului se află compuși din două metale, titan și wolfram, care sunt ancorați pe o suprafață de silice prin atomi de oxigen. Strategia utilizată a fost cataliză prin proiectare. Studiile anterioare au arătat că catalizatorii monometalici au fost angajați în două funcții: alcan la olefină și apoi metateza olefinei. Titanul a fost ales datorită capacității sale de a activa legătura CH a parafinelor pentru a le transforma în olefine, iar wolframul a fost ales pentru activitatea sa ridicată pentru metateza olefinelor.

Pentru a crea catalizatorul, echipa a încălzit silice pentru a elimina cât mai multă apă posibil și apoi a adăugat hexametil tungsten și tetraneopentil titan, formând o pulbere galben-deschis. Cercetătorii au studiat catalizatorul folosind spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară (RMN) pentru a arăta că atomii de tungsten și titan se află extrem de apropiați unul de celălalt pe suprafețele de siliciu, poate chiar la ≈0,5 nanometri.

Cercetătorii, conduși de directorul centrului Jean-Marie Basset, au testat apoi catalizatorul încălzindu-l la 150°C cu propan timp de trei zile. După optimizarea condițiilor de reacție, de exemplu, permițând propanului să curgă continuu peste catalizator, ei au descoperit că principalii produși ai reacției au fost etan și butan și că fiecare pereche de atomi de wolfram și titan ar putea cataliza în medie 10.000 de cicluri înainte. pierzându-şi activitatea. Acest „număr al cifrei de afaceri” este cel mai mare raportat vreodată pentru o reacție de metateză cu propan.

Acest succes al catalizei prin proiectare, propun cercetătorii, se datorează unui efect de cooperare așteptat între cele două metale. În primul rând, un atom de titan îndepărtează atomii de hidrogen din propan pentru a forma propenă, iar apoi un atom de tungsten vecin rupe propena la legătura sa dublă carbon-carbon, creând fragmente care se pot recombina în alte hidrocarburi. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că pulberile catalizatoare care conțin doar wolfram sau titan au avut rezultate foarte slabe; chiar și atunci când aceste două pulberi au fost amestecate fizic împreună, performanța lor nu s-a potrivit cu catalizatorul cooperant.

Echipa speră să proiecteze un catalizator și mai bun, cu o cifră de afaceri mai mare și o durată de viață mai lungă. „Credem că, în viitorul apropiat, industria poate adopta abordarea noastră pentru producerea alcanilor din gama diesel și, în general, a catalizei prin proiectare”, a spus Samantaray.