Vysokoúčinný katalyzátor, ktorý premieňa propánový plyn na ťažšie uhľovodíky, vyvinula saudskoarabská Univerzita vedy a techniky kráľa Abdulláha. (KAUST) výskumníkov. Výrazne urýchľuje chemickú reakciu známu ako alkánová metatéza, ktorá by sa dala použiť na výrobu kvapalných palív.

Katalyzátor preusporiada propán, ktorý obsahuje tri atómy uhlíka, na iné molekuly, ako je bután (obsahujúci štyri uhlíky), pentán (s piatimi uhlíkmi) a etán (s dvoma uhlíkmi). „Naším cieľom je premeniť alkány s nižšou molekulovou hmotnosťou na hodnotné alkány dieselového typu,“ povedal Manoja Samantaray z Katalyzačného centra KAUST.

V srdci katalyzátora sú zlúčeniny dvoch kovov, titánu a volfrámu, ktoré sú ukotvené na povrchu oxidu kremičitého prostredníctvom atómov kyslíka. Použitou stratégiou bola katalýza podľa návrhu. Predchádzajúce štúdie ukázali, že monometalické katalyzátory mali dve funkcie: alkán na olefín a potom metatézu olefínov. Titán bol vybraný kvôli jeho schopnosti aktivovať CH väzbu parafínov a transformovať ich na olefíny a volfrám bol vybraný pre jeho vysokú aktivitu pri metatéze olefínov.

Na vytvorenie katalyzátora tím zahrial oxid kremičitý, aby sa odstránilo čo najviac vody, a potom pridal hexametyl volfrám a tetraneopentyl titán, čím sa vytvoril svetložltý prášok. Výskumníci študovali katalyzátor pomocou spektroskopie nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR), aby ukázali, že atómy volfrámu a titánu ležia extrémne blízko pri sebe na povrchoch oxidu kremičitého, možno tak blízko ako ≈0,5 nanometrov.

Vedci pod vedením riaditeľa centra Jean-Marie Basseta potom testovali katalyzátor jeho zahrievaním na 150 °C s propánom počas troch dní. Po optimalizácii reakčných podmienok – napríklad umožnením propánu nepretržite prúdiť cez katalyzátor – zistili, že hlavnými produktmi reakcie boli etán a bután a že každý pár atómov volfrámu a titánu mohol katalyzovať v priemere 10 000 cyklov predtým. strácajú svoju aktivitu. Toto „číslo obratu“ je najvyššie, aké sa kedy zaznamenalo pri propánovej metatéznej reakcii.

Tento úspech projektovanej katalýzy, navrhujú výskumníci, je spôsobený očakávaným kooperatívnym účinkom medzi týmito dvoma kovmi. Najprv atóm titánu odstráni atómy vodíka z propánu za vzniku propénu a potom susedný atóm volfrámu rozbije otvorený propén na svojej dvojitej väzbe uhlík-uhlík, čím sa vytvoria fragmenty, ktoré sa môžu rekombinovať na iné uhľovodíky. Výskumníci tiež zistili, že katalyzátorové prášky obsahujúce iba volfrám alebo titán fungovali veľmi zle; aj keď sa tieto dva prášky fyzicky zmiešali, ich výkon nezodpovedal kooperatívnemu katalyzátoru.

Tím dúfa, že navrhne ešte lepší katalyzátor s vyšším číslom obratu a dlhšou životnosťou. „Veríme, že v blízkej budúcnosti si priemysel osvojí náš prístup k výrobe alkánov naftových motorov a všeobecnejšie k katalýze podľa návrhu,“ povedal Samantaray.