Accelereret tilgang fører til opdagelse af en ny katalytisk promotor på linje med årtiers studier

Håndtering af klimaændringer kræver nytænkning af etablerede kemiske processer på en tidsskala på år frem for årtier som i traditionelle F&U-cyklusser. I samarbejde med BasCat (UniCat BASF JointLab) udviklede et team af forskere fra teoriafdelingen ved Fritz Haber Institute en accelereret opdagelsestilgang til at identificere en lovende katalytisk promotorformulering til omdannelse af propan til basiskemikaliet propylen.

Opdaget på få uger og med færre end 100 udførte eksperimenter fremmede romanen katalysatorer, der konkurrerer med dem, der blev opdaget gennem årtiers forskning. Resultaterne, offentliggjort i ACS Catalysis , fremhæver ikke kun partnerskabets succes, men åbner også muligheder for en mere effektiv og informeret udvikling af formuleringer med flere promotorer.

Katalyse spiller en afgørende rolle i den kemiske industri og påvirker flere aspekter af hverdagen, såsom plastproduktion, udvikling af lægemidler og fremstilling af brændstoffer og gødning. Katalysatorer accelererer kemiske reaktioner og forbedrer deres selektivitet til ønskede produkter, samtidig med at energiforbruget og spild reduceres.

Selvom ydeevne og levetid for katalysatorer kan øges yderligere ved at bruge promotorer, er deres identifikation og optimering ofte kedeligt, tidskrævende og dyrt.

Instituttets samarbejde med BasCat fokuserer på grundforskning inden for heterogen katalyse og især på den katalytiske omdannelse af kulbrinter til værdiskabende produkter.

Holdets forskning foreslog en accelereret opdagelsestilgang, som udforsker et multi-promoter designrum med kun et begrænset antal eksperimenter, baseret på en effektiv adaptiv design-of-experiment (DoE) eksperimentplanlægning og en gennemløbsmaksimering gennem paralleliseret test. Designrummet omfattede i størrelsesordenen 20.000 mulige promotorkombinationer til den ikke-oxidative propandehydrogenering til propylen ved anvendelse af platin på aluminiumoxid som katalysator.

En udtømmende eksperimentel test ville have krævet mange års forskning. I stedet identificerede deres opdagelsestilgang en lovende ny promotorformulering ved at udføre mindre end 100 eksperimenter på få uger.

I øjeblikket er propylen et afgørende råstofkemikalie til polymerproduktion, og det forventes at se dets efterspørgsel nå 200 megaton i 2030. Eksisterende krakningsprocesser er desværre utilstrækkelige til at imødekomme denne forventede efterspørgsel, og nyere kommercielt anvendte processer har stadig begrænsninger for at nå højt produktudbytte .

Derfor ses opdagelse af nye kombinationer af højtydende multipromotorer og opnåelse af en dybere forståelse af de kemiske mekanismer bag deres fremmende virkninger som afgørende elementer.

Flere oplysninger: Christian Kunkel et al., Systematisk udforskning af et multi-promotor-katalysatorsammensætningsrum med begrænsede eksperimenter:ikke-oxidativ propandehydrogenering til propylen, ACS-katalyse (2024). DOI:10.1021/acscatal.4c01740

Journaloplysninger: ACS-katalyse

Leveret af Max Planck Society