Високоефективний каталізатор, який перетворює газ пропан у більш важкі вуглеводні, був розроблений Науково-технічним університетом короля Саудівської Аравії. (KAUST) дослідники. Це значно прискорює хімічну реакцію, відому як алкановий метатезис, який можна використовувати для виробництва рідкого палива.

Каталізатор перегруповує пропан, який містить три атоми вуглецю, в інші молекули, такі як бутан (містить чотири атоми вуглецю), пентан (з п’ятьма атомами вуглецю) і етан (з двома атомами вуглецю). «Наша мета полягає в тому, щоб перетворити алкани з низькою молекулярною масою в цінні алкани дизельного діапазону», — сказав Маноджа Самантарай з Центру каталізу KAUST.

В основі каталізатора лежать сполуки двох металів, титану та вольфраму, які прикріплені до поверхні кремнезему через атоми кисню. Використана стратегія була задумом каталізу. Попередні дослідження показали, що монометалічні каталізатори виконують дві функції: перетворення алкану в олефін, а потім метатезис олефіну. Титан був обраний через його здатність активувати CH зв'язок парафінів для перетворення їх на олефіни, а вольфрам був обраний через його високу активність для метатезису олефінів.

Щоб створити каталізатор, команда нагріла кремнезем, щоб видалити якомога більше води, а потім додала гексаметилвольфрам і тетранеопентилтитан, утворюючи світло-жовтий порошок. Дослідники вивчили каталізатор за допомогою спектроскопії ядерного магнітного резонансу (ЯМР), щоб показати, що атоми вольфраму та титану розташовані дуже близько один до одного на поверхнях кремнезему, можливо, на відстані ≈0,5 нанометрів.

Потім дослідники на чолі з директором центру Жаном-Марі Бассетом протестували каталізатор, нагріваючи його до 150°C з пропаном протягом трьох днів. Після оптимізації умов реакції — наприклад, дозволивши пропану безперервно текти через каталізатор — вони виявили, що основними продуктами реакції були етан і бутан і що кожна пара атомів вольфраму й титану могла каталізувати в середньому 10 000 циклів до втрачають свою активність. Це «число обороту» є найвищим, коли-небудь зареєстрованим для реакції метатезису пропану.

Дослідники припускають, що такий успіх каталізу за задумом пояснюється очікуваним спільним ефектом між двома металами. Спочатку атом титану видаляє атоми водню з пропану, утворюючи пропен, а потім сусідній атом вольфраму розриває пропен за подвійним зв’язком вуглець-вуглець, створюючи фрагменти, які можуть рекомбінувати в інші вуглеводні. Дослідники також виявили, що порошки каталізатора, що містять лише вольфрам або титан, показали дуже погані результати; навіть коли ці два порошки були фізично змішані разом, їх продуктивність не відповідала сумісному каталізатору.

Команда сподівається розробити ще кращий каталізатор із вищим показником обороту та довшим терміном служби. «Ми вважаємо, що в найближчому майбутньому промисловість зможе прийняти наш підхід до виробництва алканів дизельного діапазону та, загалом, каталізу за проектом», — сказав Самантарей.