Univerza za znanost in tehnologijo kralja Abdullaha v Savdski Arabiji je razvila visoko učinkovit katalizator, ki pretvarja plin propan v težje ogljikovodike. (KAUST) raziskovalci. Znatno pospeši kemično reakcijo, znano kot alkanska metateza, ki bi jo lahko uporabili za proizvodnjo tekočih goriv.

Katalizator prerazporedi propan, ki vsebuje tri atome ogljika, v druge molekule, kot so butan (vsebuje štiri ogljike), pentan (s petimi ogljiki) in etan (z dvema ogljikoma). "Naš cilj je pretvoriti alkane z nižjo molekulsko maso v dragocene alkane dizelskega razreda," je povedal Manoja Samantaray iz centra za katalizo KAUST.

V središču katalizatorja so spojine dveh kovin, titana in volframa, ki sta zasidrani na površino silicijevega dioksida preko atomov kisika. Uporabljena strategija je bila zasnovana kataliza. Prejšnje študije so pokazale, da so monometalni katalizatorji opravljali dve funkciji: alkan v olefin in nato metatezo olefina. Titan je bil izbran zaradi njegove sposobnosti, da aktivira CH vez parafinov, da jih pretvori v olefine, volfram pa je bil izbran zaradi njegove visoke aktivnosti za metatezo olefinov.

Da bi ustvarili katalizator, je ekipa segrela silicijev dioksid, da je odstranila čim več vode, nato pa dodala heksametil volfram in tetraneopentil titan, pri čemer je nastal svetlo rumen prah. Raziskovalci so preučevali katalizator z uporabo jedrske magnetne resonančne (NMR) spektroskopije, da bi pokazali, da atomi volframa in titana ležijo zelo blizu skupaj na površinah silicijevega dioksida, morda kar blizu ≈0,5 nanometra.

Raziskovalci, ki jih je vodil direktor centra Jean-Marie Basset, so nato preizkusili katalizator tako, da so ga tri dni segrevali na 150 °C s propanom. Potem ko so optimizirali reakcijske pogoje – na primer tako, da so pustili propanu neprekinjen tok čez katalizator – so ugotovili, da sta bila glavna produkta reakcije etan in butan in da lahko vsak par atomov volframa in titana katalizira povprečno 10.000 ciklov pred izgubijo svojo aktivnost. To "število obrata" je najvišje, kar so jih kdaj poročali za reakcijo metateze propana.

Ta uspeh katalize po zasnovi, predlagajo raziskovalci, je posledica pričakovanega učinka sodelovanja med obema kovinama. Najprej atom titana odstrani atome vodika iz propana, da nastane propen, nato pa sosednji atom volframa razbije propen na njegovi dvojni vezi ogljik-ogljik, kar ustvari fragmente, ki se lahko rekombinirajo v druge ogljikovodike. Raziskovalci so tudi ugotovili, da so katalizatorji v prahu, ki vsebujejo samo volfram ali titan, delovali zelo slabo; tudi ko sta bila ta dva praška fizično pomešana skupaj, se njuna učinkovitost ni ujemala s kooperativnim katalizatorjem.

Ekipa upa, da bo oblikovala še boljši katalizator z višjim številom obratov in daljšo življenjsko dobo. "Verjamemo, da lahko industrija v bližnji prihodnosti sprejme naš pristop za proizvodnjo alkanov za dizelsko gorivo in na splošno za katalizo po zasnovi," je dejal Samantaray.