Một chất xúc tác hiệu quả cao có thể chuyển đổi khí propan thành hydrocacbon nặng hơn đã được Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah của Ả Rập Saudi phát triển. (KAUST) nhà nghiên cứu. Nó tăng tốc đáng kể phản ứng hóa học được gọi là phản ứng trao đổi ankan, phản ứng này có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu lỏng.

Chất xúc tác sắp xếp lại propan, chứa ba nguyên tử cacbon, thành các phân tử khác, chẳng hạn như butan (chứa bốn nguyên tử cacbon), pentane (với năm nguyên tử cacbon) và etan (với hai nguyên tử cacbon). Manoja Samantaray từ Trung tâm xúc tác KAUST cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là chuyển đổi các ankan có trọng lượng phân tử thấp hơn thành các ankan có giá trị sử dụng trong động cơ diesel”.

Trọng tâm của chất xúc tác là các hợp chất của hai kim loại, titan và vonfram, được liên kết với bề mặt silica thông qua các nguyên tử oxy. Chiến lược được sử dụng là xúc tác theo thiết kế. Các nghiên cứu trước đây cho thấy các chất xúc tác đơn kim có hai chức năng: biến đổi ankan thành olefin và sau đó là chuyển hóa olefin. Titan được chọn vì nó có khả năng kích hoạt liên kết CH của parafin để biến chúng thành olefin, và vonfram được chọn vì nó có hoạt tính cao để chuyển hóa olefin.

Để tạo ra chất xúc tác, nhóm nghiên cứu đã đun nóng silica để loại bỏ càng nhiều nước càng tốt, sau đó thêm hexamethyl vonfram và tetraneopentyl titan, tạo thành một loại bột màu vàng nhạt. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu chất xúc tác sử dụng quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) để chỉ ra rằng các nguyên tử vonfram và titan nằm rất gần nhau trên bề mặt silica, có lẽ gần tới ≈0,5 nanomet.

Các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi Giám đốc trung tâm Jean-Marie Basset, sau đó đã thử nghiệm chất xúc tác bằng cách đun nóng nó đến 150°C bằng propan trong ba ngày. Sau khi tối ưu hóa các điều kiện phản ứng—ví dụ, bằng cách cho propan chảy liên tục qua chất xúc tác—họ phát hiện ra rằng sản phẩm chính của phản ứng là ethane và butan và mỗi cặp nguyên tử vonfram và titan có thể xúc tác trung bình 10.000 chu kỳ trước đó. mất đi hoạt động của mình. “Con số doanh thu” này là mức cao nhất từng được báo cáo đối với phản ứng chuyển hóa propan.

Các nhà nghiên cứu đề xuất thành công của xúc tác theo thiết kế là do hiệu ứng hợp tác được mong đợi giữa hai kim loại. Đầu tiên, một nguyên tử titan loại bỏ các nguyên tử hydro khỏi propan để tạo thành propene và sau đó một nguyên tử vonfram lân cận phá vỡ propene mở ở liên kết đôi cacbon-cacbon của nó, tạo ra các mảnh có thể tái kết hợp thành các hydrocacbon khác. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng bột xúc tác chỉ chứa vonfram hoặc titan hoạt động rất kém; ngay cả khi hai loại bột này được trộn lẫn với nhau về mặt vật lý, hiệu suất của chúng không phù hợp với chất xúc tác hợp tác.

Nhóm nghiên cứu hy vọng có thể thiết kế một chất xúc tác thậm chí còn tốt hơn với số vòng quay cao hơn và tuổi thọ dài hơn. Samantaray cho biết: “Chúng tôi tin rằng trong tương lai gần, ngành công nghiệp có thể áp dụng phương pháp tiếp cận của chúng tôi để sản xuất ankan dùng cho động cơ diesel và nói chung là xúc tác theo thiết kế”.