ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงในการเปลี่ยนก๊าซโพรเพนให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าได้รับการพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี King Abdullah แห่งซาอุดีอาระเบีย (KAUST) นักวิจัย. มันเร่งปฏิกิริยาเคมีที่เรียกว่าเมทาเธซิสของอัลเคนได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงเหลวได้

ตัวเร่งปฏิกิริยาจะจัดเรียงโพรเพนซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 3 อะตอมใหม่ให้เป็นโมเลกุลอื่นๆ เช่น บิวเทน (ประกอบด้วยคาร์บอน 4 อะตอม) เพนเทน (มีคาร์บอน 5 อะตอม) และอีเทน (มีคาร์บอน 2 อะตอม) Manoja Samantaray จาก KAUST Catalysis Center กล่าวว่า "เป้าหมายของเราคือการแปลงอัลเคนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าให้เป็นอัลเคนในกลุ่มดีเซลที่มีค่า"

หัวใจของตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารประกอบของโลหะสองชนิด ไทเทเนียมและทังสเตน ซึ่งยึดอยู่กับพื้นผิวซิลิกาผ่านอะตอมของออกซิเจน กลยุทธ์ที่ใช้คือการเร่งปฏิกิริยาโดยการออกแบบ การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโมโนเมทัลลิกมีส่วนร่วมในสองหน้าที่: อัลเคนถึงโอเลฟิน และเมตาเทซิสของโอเลฟิน ไทเทเนียมถูกเลือกเนื่องจากความสามารถในการกระตุ้นพันธะ CH ของพาราฟินเพื่อเปลี่ยนให้เป็นโอเลฟินส์ และทังสเตนถูกเลือกเนื่องจากมีฤทธิ์สูงในการเผาผลาญโอเลฟิน

ในการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยา ทีมงานได้ให้ความร้อนซิลิกาเพื่อกำจัดน้ำให้ได้มากที่สุด จากนั้นจึงเติมทังสเตนเฮกซาเมทิลและไทเทเนียมเตตรานีโอเพนทิล ทำให้เกิดผงสีเหลืองอ่อน นักวิจัยได้ศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้สเปกโทรสโกปีด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) เพื่อแสดงให้เห็นว่าอะตอมของทังสเตนและไทเทเนียมอยู่ใกล้กันมากบนพื้นผิวซิลิกา ซึ่งอาจใกล้ถึง µ0.5 นาโนเมตร

นักวิจัยนำโดยผู้อำนวยการศูนย์ Jean-Marie Basset จากนั้นจึงทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยการให้ความร้อนกับโพรเพนที่อุณหภูมิ 150°C เป็นเวลาสามวัน หลังจากปรับสภาวะของปฏิกิริยาให้เหมาะสม เช่น ปล่อยให้โพรเพนไหลอย่างต่อเนื่องเหนือตัวเร่งปฏิกิริยา พวกเขาพบว่าผลิตภัณฑ์หลักของปฏิกิริยาคืออีเทนและบิวเทน และอะตอมของทังสเตนและไทเทเนียมแต่ละคู่สามารถกระตุ้นโดยเฉลี่ย 10,000 รอบก่อน สูญเสียกิจกรรมของพวกเขา “จำนวนการหมุนเวียน” นี้สูงที่สุดเท่าที่เคยมีการรายงานสำหรับปฏิกิริยาเมตาเทซิสของโพรเพน

นักวิจัยเสนอว่าความสำเร็จของการเร่งปฏิกิริยาโดยการออกแบบนี้เป็นผลมาจากความร่วมมือที่คาดหวังระหว่างโลหะทั้งสอง ขั้นแรก อะตอมไทเทเนียมจะกำจัดอะตอมไฮโดรเจนออกจากโพรเพนเพื่อสร้างโพรพีน จากนั้นอะตอมทังสเตนที่อยู่ใกล้เคียงจะแตกโพรพีนแบบเปิดที่พันธะคู่ของคาร์บอน-คาร์บอน ทำให้เกิดชิ้นส่วนที่สามารถรวมตัวกันอีกครั้งเป็นไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ นักวิจัยยังพบว่าผงตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเพียงทังสเตนหรือไทเทเนียมมีประสิทธิภาพต่ำมาก แม้ว่าผงทั้งสองนี้จะถูกผสมเข้าด้วยกันทางกายภาพ แต่ประสิทธิภาพของพวกมันก็ไม่ตรงกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ร่วมมือกัน

ทีมงานหวังที่จะออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดียิ่งขึ้นด้วยจำนวนการหมุนเวียนที่สูงขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น “เราเชื่อว่าในอนาคตอันใกล้นี้ อุตสาหกรรมสามารถนำแนวทางของเรามาใช้ในการผลิตอัลเคนในกลุ่มน้ำมันดีเซล และการเร่งปฏิกิริยาโดยทั่วไปโดยการออกแบบ” ซามานทาเรย์กล่าว