Un catalyseur très efficace qui convertit le gaz propane en hydrocarbures plus lourds a été développé par l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah d'Arabie saoudite. (KAUST) chercheurs. Il accélère considérablement une réaction chimique connue sous le nom de métathèse des alcanes, qui pourraient être utilisés pour produire des combustibles liquides.
Le catalyseur réarrange le propane, qui contient trois atomes de carbone, en d'autres molécules, comme le butane (contenant quatre carbones), pentane (avec cinq carbones) et éthane (avec deux carbones). « Notre objectif est de convertir des alcanes de faible poids moléculaire en alcanes de valeur de la gamme diesel, " a déclaré Manoja Samantaray du Centre de catalyse KAUST.
Au cœur du catalyseur se trouvent des composés de deux métaux, titane et tungstène, qui sont ancrés à une surface de silice via des atomes d'oxygène. La stratégie utilisée était la catalyse par conception. Des études antérieures ont montré que les catalyseurs monométalliques étaient engagés dans deux fonctions :la métathèse d'alcane en oléfine puis en oléfine. Le titane a été choisi en raison de sa capacité à activer la liaison C-H des paraffines pour les transformer en oléfines, et le tungstène a été choisi pour sa haute activité pour la métathèse des oléfines.
Pour créer le catalyseur, l'équipe a chauffé de la silice pour éliminer le plus d'eau possible, puis a ajouté de l'hexaméthyl tungstène et du tétranéopentyl titane, formant une poudre jaune clair. Les chercheurs ont étudié le catalyseur à l'aide de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) pour montrer que les atomes de tungstène et de titane sont extrêmement proches les uns des autres sur les surfaces de silice, peut-être aussi près que ≈0,5 nanomètres.
Les chercheurs, animé par le directeur du centre Jean-Marie Basset, puis testé le catalyseur en le chauffant à 150°C avec du propane pendant trois jours. Après avoir optimisé les conditions de réaction, par exemple, en laissant le propane s'écouler en continu sur le catalyseur, ils ont découvert que les principaux produits de la réaction étaient l'éthane et le butane et que chaque paire d'atomes de tungstène et de titane pouvait en catalyser en moyenne 10, 000 cycles avant de perdre leur activité. Ce « chiffre d'affaires » est le plus élevé jamais rapporté pour une réaction de métathèse au propane.
Ce succès de la catalyse par conception, les chercheurs proposent, est due à un effet coopératif attendu entre les deux métaux. D'abord, un atome de titane élimine les atomes d'hydrogène du propane pour former du propène, puis un atome de tungstène voisin ouvre le propène au niveau de sa double liaison carbone-carbone, créant des fragments qui peuvent se recombiner en d'autres hydrocarbures. Les chercheurs ont également découvert que les poudres de catalyseur contenant uniquement du tungstène ou du titane fonctionnaient très mal; même lorsque ces deux poudres étaient physiquement mélangées, leurs performances ne correspondaient pas au catalyseur coopératif.
L'équipe espère concevoir un catalyseur encore meilleur avec un chiffre d'affaires plus élevé, et une durée de vie plus longue. "Nous pensons que dans un avenir proche, l'industrie peut adopter notre démarche de production d'alcanes de la gamme diesel et plus généralement de catalyse by design, " dit Samantaray.
