Olefiner är enkla föreningar av väte och kol men representerar kemins byggstenar, och är avgörande för syntesen av material från polymerer och plaster till petrokemikalier. Dock, olefinproduktion kräver användning av icke förnybara fossila bränslen, energiintensiva "kracknings"anläggningar, och begränsad produktionskontroll.

Ny forskning från University of Pittsburghs Swanson School of Engineering har introducerat en metod för att effektivt screena olika katalysatorer som omvandlar lätta alkaner till olefiner. Med lätta alkaner förekommande i skifferreservaten Marcellus och Utica, denna metod kan ge en mer ekonomisk lösning för olefinframställning.

Deras forskning, "Structure-Activity Relationships in Alkane Dehydrogenation on γ-Al2O3:Site-Dependent Reactions" visades nyligen på omslaget till ACS-katalys . Huvudutredare är Giannis Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow och biträdande professor i kemi- och petroleumteknik vid Swanson School, och medförfattare Mudit Dixit, Ph.D. och Pavlo Kostetskyy, postdoktor vid Northwestern University som tog sin Ph.D. i Dr. Mpourmpakis CANELa-labb.

"Den enorma framgången och de stora reserverna av skiffergas har förändrat den kemiska marknaden och gjort metan och lätta alkaner till ett mångsidigt råmaterial för produktion av förädlade kemikalier, Dr. Mpourmpakis förklarade. "En av de mest lovande vägarna mot olefiner är dehydrering av alkaner på metalloxider, vilket är det kemiska avlägsnandet av molekylärt väte från ett kolväte. Men denna process är energikrävande eftersom den involverar höga temperaturer och dehydreringsreaktionsmekanismen inte är väl förstådd. Som ett resultat, alla framsteg i produktionen av olefiner är beroende av långa och dyra försök och misstag i labbet."

Enligt Dr. Mpourmpakis, att bestämma exakt hur alkandehydreringsaktiviteten beror på den exakta typen av olika platser som finns på ytan av metalloxider har varit svårt, delvis på grund av mångfalden av de många platserna. Hans labb tillämpade beräkningskemi och matematiska modelleringsverktyg för att förutsäga hur alkandehydreringsmekanismer och katalytisk aktivitet förändras på de olika platserna för oxiderna.

"Att kunna screena dessa metalloxidytor beräkningsmässigt och identifiera de exakta katalytiska aktiva platserna begränsar i hög grad försök och fel experiment i labbet, Dr. Mpourmpakis sa. "Vi har nu ett bättre verktyg för att utveckla aktiva katalysatorer för alkan-olefinomvandling, som skulle kunna vara en spelomvandlare inom den petrokemiska industrin och polymerindustrin."