Les oléfines sont des composés simples d'hydrogène et de carbone mais représentent les éléments constitutifs de la chimie, et sont vitaux pour la synthèse de matériaux allant des polymères et des plastiques à la pétrochimie. Cependant, la production d'oléfines nécessite l'utilisation de combustibles fossiles non renouvelables, installations de "craquage" énergivores, et un contrôle limité de la production.

De nouvelles recherches de la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh ont introduit une méthode pour cribler efficacement différents catalyseurs qui convertissent les alcanes légers en oléfines. Les alcanes légers étant abondants dans les réserves de schiste de Marcellus et d'Utica, cette méthodologie peut fournir une solution plus économique pour la production d'oléfines.

Leurs recherches, "Structure-Activity Relationships in Alkane Dehydrogenation on γ-Al2O3:Site-Dependent Reactions" a récemment fait la couverture de Catalyse ACS . L'enquêteur principal est Giannis Mpourmpakis, le Bicentennial Alumni Faculty Fellow et professeur adjoint de génie chimique et pétrolier à la Swanson School, et co-auteurs Mudit Dixit, doctorat et Pavlo Kostetskyy, boursier postdoctoral à l'Université Northwestern qui a obtenu son doctorat. dans le laboratoire CANELa du Dr Mpourmpakis.

« L'énorme succès et les vastes réserves de gaz de schiste ont transformé le marché de la chimie et ont fait du méthane et des alcanes légers une matière première polyvalente pour la production de produits chimiques à valeur ajoutée, " a expliqué le Dr Mpourmpakis. " L'une des voies les plus prometteuses vers les oléfines est la déshydrogénation des alcanes sur les oxydes métalliques, qui est l'élimination chimique de l'hydrogène moléculaire d'un hydrocarbure. Mais ce processus est énergivore car il implique des températures élevées et le mécanisme de réaction de déshydrogénation n'est pas bien compris. Par conséquent, tout progrès sur la production d'oléfines repose sur de longues et coûteuses expériences d'essais et d'erreurs en laboratoire. »

Selon le Dr Mpourmpakis, déterminer exactement comment l'activité de déshydrogénation des alcanes dépend du type exact des différents sites présents à la surface des oxydes métalliques a été difficile, en partie à cause de la diversité des nombreux sites. Son laboratoire a appliqué des outils de chimie computationnelle et de modélisation mathématique pour prédire comment les mécanismes de déshydrogénation des alcanes et l'activité catalytique changent sur les différents sites des oxydes.

"Être capable de filtrer par ordinateur ces surfaces d'oxyde métallique et d'identifier les sites actifs catalytiques exacts limite considérablement l'expérimentation par essais et erreurs en laboratoire, " a déclaré le Dr Mpourmpakis. " Nous avons maintenant un meilleur outil pour développer des catalyseurs actifs pour la conversion alcane-oléfine, qui pourrait changer la donne dans les industries pétrochimiques et des polymères."