Suudi Arabistan Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi tarafından propan gazını daha ağır hidrokarbonlara dönüştüren yüksek verimli bir katalizör geliştirildi. (KAUST) araştırmacıları. Sıvı yakıt üretmek için kullanılabilecek, alkan metatezi olarak bilinen kimyasal reaksiyonu önemli ölçüde hızlandırır.

Katalizör, üç karbon atomu içeren propanı, bütan (dört karbon içeren), pentan (beş karbonlu) ve etan (iki karbonlu) gibi diğer moleküllere yeniden düzenler. KAUST Kataliz Merkezi'nden Manoja Samantaray, "Amacımız düşük moleküler ağırlıklı alkanları değerli dizel aralığındaki alkanlara dönüştürmektir" dedi.

Katalizörün kalbinde, oksijen atomları aracılığıyla silika yüzeyine bağlanan iki metal (titanyum ve tungsten) bileşikleri bulunur. Kullanılan strateji tasarım yoluyla katalizdi. Önceki çalışmalar, monometalik katalizörlerin iki fonksiyonla meşgul olduğunu gösterdi: alkanın olefine dönüşümü ve ardından olefin metatezi. Titanyum, parafinlerin CH bağını aktive ederek onları olefinlere dönüştürme yeteneği nedeniyle seçildi ve tungsten, olefin metatezi için yüksek aktivitesi nedeniyle seçildi.

Ekip, katalizörü oluşturmak için mümkün olduğu kadar çok suyu uzaklaştırmak amacıyla silikayı ısıttı ve ardından heksametil tungsten ve tetraneopentil titanyum ekleyerek açık sarı bir toz oluşturdu. Araştırmacılar, tungsten ve titanyum atomlarının silika yüzeylerinde birbirine son derece yakın, belki de ≈0,5 nanometre kadar yakın olduğunu göstermek için nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisini kullanarak katalizörü incelediler.

Merkezin Müdürü Jean-Marie Basset liderliğindeki araştırmacılar, daha sonra katalizörü üç gün boyunca propanla 150°C'ye ısıtarak test etti. Reaksiyon koşullarını optimize ettikten sonra (örneğin, propanın katalizör üzerinden sürekli akmasına izin vererek), reaksiyonun ana ürünlerinin etan ve bütan olduğunu ve her bir tungsten ve titanyum atomu çiftinin, daha önce ortalama 10.000 çevrimi katalize edebildiğini buldular. aktivitelerini kaybediyorlar. Bu "devir sayısı", bir propan metatez reaksiyonu için şimdiye kadar bildirilen en yüksek sayıdır.

Araştırmacıların önerdiği gibi, tasarım yoluyla katalizin bu başarısı, iki metal arasında beklenen işbirliği etkisinden kaynaklanmaktadır. İlk olarak, bir titanyum atomu propandan hidrojen atomlarını ayırarak propeni oluşturur ve ardından komşu bir tungsten atomu, propeni karbon-karbon çift bağından kırarak diğer hidrokarbonlarla yeniden birleşebilecek parçalar oluşturur. Araştırmacılar ayrıca yalnızca tungsten veya titanyum içeren katalizör tozlarının çok kötü performans gösterdiğini de buldu; bu iki toz fiziksel olarak birbirine karıştırıldığında bile performansları işbirlikçi katalizörle eşleşmedi.

Ekip, daha yüksek ciro sayısına ve daha uzun kullanım ömrüne sahip daha iyi bir katalizör tasarlamayı umuyor. Samantaray, "Yakın gelecekte endüstrinin dizel alkanlar üretme ve daha genel olarak tasarım yoluyla kataliz yapma yaklaşımımızı benimseyebileceğine inanıyoruz" dedi.