Një katalizator shumë efikas që konverton gazin propan në hidrokarbure më të rënda është zhvilluar nga Universiteti i Shkencës dhe Teknologjisë Mbreti Abdullah i Arabisë Saudite. (KAUST) studiues. Ai shpejton ndjeshëm një reaksion kimik të njohur si metateza e alkaneve, e cila mund të përdoret për të prodhuar lëndë djegëse të lëngshme.

Katalizatori riorganizon propanin, i cili përmban tre atome karboni, në molekula të tjera, si butani (që përmban katër karbone), pentani (me pesë karbone) dhe etani (me dy karbon). “Qëllimi ynë është të konvertojmë alkane me peshë më të ulët molekulare në alkane të vlefshme me rreze nafte,” tha Manoja Samantaray nga Qendra e Katalizës KAUST.

Në zemër të katalizatorit janë komponimet e dy metaleve, titanit dhe tungstenit, të cilat janë të ankoruara në një sipërfaqe silicë nëpërmjet atomeve të oksigjenit. Strategjia e përdorur ishte katalizimi sipas dizajnit. Studimet e mëparshme treguan se katalizatorët monometalike ishin të përfshirë në dy funksione: alkani në olefin dhe më pas metateza e olefinës. Titani u zgjodh për shkak të aftësisë së tij për të aktivizuar lidhjen CH të parafinave për t'i shndërruar ato në olefina, dhe tungsteni u zgjodh për aktivitetin e tij të lartë për metatezën e olefinës.

Për të krijuar katalizatorin, ekipi ngrohi silicën për të hequr sa më shumë ujë të ishte e mundur dhe më pas shtoi hekzametil tungsten dhe tetraneopentil titan, duke formuar një pluhur të verdhë të lehtë. Studiuesit studiuan katalizatorin duke përdorur spektroskopinë e rezonancës magnetike bërthamore (NMR) për të treguar se atomet e tungstenit dhe titanit shtrihen jashtëzakonisht afër njëri-tjetrit në sipërfaqet e silicës, ndoshta deri në ≈0.5 nanometra.

Studiuesit, të udhëhequr nga drejtori i qendrës Jean-Marie Basset, më pas testuan katalizatorin duke e ngrohur atë në 150°C me propan për tre ditë. Pas optimizimit të kushteve të reaksionit - për shembull, duke lejuar që propani të rrjedhë vazhdimisht mbi katalizator - ata zbuluan se produktet kryesore të reaksionit ishin etani dhe butani dhe se çdo palë atome të tungstenit dhe titanit mund të katalizonte mesatarisht 10,000 cikle përpara. duke humbur aktivitetin e tyre. Ky "numër i qarkullimit" është më i larti i raportuar ndonjëherë për një reagim të metatezës së propanit.

Ky sukses i katalizimit sipas dizajnit, propozojnë studiuesit, është për shkak të një efekti të pritshëm bashkëpunues midis dy metaleve. Së pari, një atom titani heq atomet e hidrogjenit nga propani për të formuar propen dhe më pas një atom fqinj tungsteni thyen propenin në lidhjen e tij të dyfishtë karbon-karbon, duke krijuar fragmente që mund të rikombinohen në hidrokarbure të tjera. Studiuesit zbuluan gjithashtu se pluhurat katalizatorë që përmbajnë vetëm tungsten ose titan performuan shumë dobët; edhe kur këto dy pluhura ishin të përziera fizikisht së bashku, performanca e tyre nuk përputhej me katalizatorin kooperativ.

Ekipi shpreson të krijojë një katalizator edhe më të mirë me një numër më të lartë të qarkullimit dhe një jetëgjatësi më të gjatë. "Ne besojmë se në të ardhmen e afërt, industria mund të adoptojë qasjen tonë për prodhimin e alkaneve me rreze nafte dhe në përgjithësi të katalizimit sipas dizajnit," tha Samantaray.