Isang napakahusay na katalista na nagko-convert ng propane gas sa mas mabibigat na hydrocarbon ay binuo ng King Abdullah University of Science and Technology ng Saudi Arabia. (KAUST) mga mananaliksik. Ito ay makabuluhang nagpapabilis ng isang kemikal na reaksyon na kilala bilang alkane metathesis, na maaaring magamit upang makagawa ng mga likidong panggatong.

Inaayos ng catalyst ang propane, na naglalaman ng tatlong carbon atoms, sa iba pang mga molecule, tulad ng butane (na naglalaman ng apat na carbons), pentane (na may limang carbons) at ethane (na may dalawang carbons). "Ang aming layunin ay i-convert ang mas mababang molecular weight alkanes sa mahalagang diesel-range alkanes," sabi ni Manoja Samantaray mula sa KAUST Catalysis Center.

Sa puso ng catalyst ay mga compound ng dalawang metal, titanium at tungsten, na naka-angkla sa ibabaw ng silica sa pamamagitan ng mga atomo ng oxygen. Ang diskarte na ginamit ay catalysis sa pamamagitan ng disenyo. Ang mga nakaraang pag-aaral ay nagpakita na ang mga monometallic catalyst ay nakikibahagi sa dalawang pag-andar: alkane sa olefin at pagkatapos ay olefin metathesis. Napili ang titanium dahil sa kakayahan nitong i-activate ang CH bond ng mga paraffin upang mabago ang mga ito sa mga olefin, at ang tungsten ay pinili para sa mataas na aktibidad nito para sa olefin metathesis.

Upang lumikha ng katalista, ang koponan ay nagpainit ng silica upang alisin ang mas maraming tubig hangga't maaari at pagkatapos ay idinagdag ang hexamethyl tungsten at tetraneopentyl titanium, na bumubuo ng isang light-yellow powder. Pinag-aralan ng mga mananaliksik ang catalyst gamit ang nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy upang ipakita na ang mga atomo ng tungsten at titanium ay napakalapit sa mga ibabaw ng silica, marahil kasing lapit ng ≈0.5 nanometer.

Ang mga mananaliksik, na pinamumunuan ng Direktor ng sentro na si Jean-Marie Basset, pagkatapos ay sinubukan ang katalista sa pamamagitan ng pagpainit nito sa 150 ° C na may propane sa loob ng tatlong araw. Matapos i-optimize ang mga kondisyon ng reaksyon—halimbawa, sa pamamagitan ng pagpayag na patuloy na dumaloy ang propane sa ibabaw ng catalyst—nalaman nila na ang mga pangunahing produkto ng reaksyon ay ethane at butane at na ang bawat pares ng tungsten at titanium atoms ay maaaring mag-catalyze ng average na 10,000 cycle bago pagkawala ng kanilang aktibidad. Ang "turnover number" na ito ay ang pinakamataas na naiulat para sa isang propane metathesis reaction.

Ang tagumpay na ito ng catalysis sa pamamagitan ng disenyo, iminungkahi ng mga mananaliksik, ay dahil sa inaasahang epekto ng kooperatiba sa pagitan ng dalawang metal. Una, ang isang titanium atom ay nag-aalis ng mga atomo ng hydrogen mula sa propane upang makabuo ng propene at pagkatapos ay ang isang kalapit na atom ng tungsten ay sinira ang bukas na propene sa carbon-carbon double bond nito, na lumilikha ng mga fragment na maaaring muling pagsamahin sa iba pang mga hydrocarbon. Natuklasan din ng mga mananaliksik na ang mga catalyst powder na naglalaman lamang ng tungsten o titan ay gumanap nang napakahina; kahit na pisikal na pinaghalo ang dalawang pulbos na ito, ang kanilang pagganap ay hindi tumugma sa cooperative catalyst.

Inaasahan ng koponan na magdisenyo ng isang mas mahusay na katalista na may mas mataas na numero ng turnover, at mas mahabang buhay. "Naniniwala kami na sa malapit na hinaharap, maaaring gamitin ng industriya ang aming diskarte para sa paggawa ng mga diesel-range na alkanes at higit sa pangkalahatan ay catalysis ayon sa disenyo," sabi ni Samantary.