Wolfram- og titaniumforbindelser gør en almindelig alkan til andre kulbrinter

En meget effektiv katalysator, der omdanner propangas til tungere kulbrinter, er blevet udviklet af Saudi -Arabiens kong Abdullah University of Science and Technology. (KAUST) forskere. Det fremskynder betydeligt en kemisk reaktion kendt som alkanmetatese, som kunne bruges til at producere flydende brændstoffer.

Katalysatoren omarrangerer propan, som indeholder tre carbonatomer, ind i andre molekyler, såsom butan (indeholdende fire carbonatomer), pentan (med fem carbonatomer) og ethan (med to carbonatomer). "Vores mål er at konvertere alkaner med lavere molekylvægt til værdifulde diesel-alkaner, "sagde Manoja Samantaray fra KAUST Catalysis Center.

I katalysatorens kerne er forbindelser af to metaller, titanium og wolfram, som er forankret til en silicaoverflade via oxygenatomer. Den anvendte strategi var katalyse efter design. Tidligere undersøgelser viste, at monometalliske katalysatorer var involveret i to funktioner:alkan til olefin og derefter olefinmetatese. Titanium blev valgt på grund af dets evne til at aktivere paraffinernes CH-binding for at omdanne dem til olefiner, og wolfram blev valgt for sin høje aktivitet til olefinmetatese.

For at skabe katalysatoren, holdet opvarmede silica for at fjerne så meget vand som muligt og derefter tilsat hexamethyl wolfram og tetraneopentyl titanium, danner et lysegult pulver. Forskerne studerede katalysatoren ved hjælp af nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi for at vise, at wolfram- og titaniumatomer ligger ekstremt tæt sammen på silicaoverfladerne, måske så tæt som ≈0,5 nanometer.

Forskerne, ledet af direktøren for centret Jean-Marie Basset, testede derefter katalysatoren ved at opvarme den til 150 ° C med propan i tre dage. Efter optimering af reaktionsbetingelserne - f.eks. ved at lade propanen strømme kontinuerligt over katalysatoren - fandt de ud af, at reaktionens hovedprodukter var ethan og butan, og at hvert par wolfram- og titaniumatomer i gennemsnit kunne katalysere 10, 000 cyklusser, før de mister deres aktivitet. Dette "omsætningstal" er det højeste, der nogensinde er rapporteret for en propanmetatese -reaktion.

Denne succes med katalyse ved design, forskerne foreslår, skyldes en forventet samarbejdseffekt mellem de to metaller. Først, et titaniumatom fjerner hydrogenatomer fra propan for at danne propen, og derefter bryder et tilstødende wolframatom propen op ved sin carbon-carbon-dobbeltbinding, skabe fragmenter, der kan rekombineres til andre kulbrinter. Forskerne fandt også ud af, at katalysatorpulvere, der kun indeholdt wolfram eller titanium, fungerede meget dårligt; selv når disse to pulvere blev fysisk blandet sammen, deres ydeevne matchede ikke den kooperative katalysator.

Teamet håber at designe en endnu bedre katalysator med et højere omsætningstal, og en længere levetid. "Vi tror, ​​at i den nærmeste fremtid, industrien kan vedtage vores tilgang til fremstilling af alkaner i dieselområdet og mere generelt katalyse ved design, "sagde Samantaray.