Katalytisk omvandling av molekyler med en kolatom såsom metan, koldioxid (CO ₂ ), metanol (CH ₃ OH) och andra till kemikalier med högre värde är av stor betydelse för en livskraftig och hållbar kemisk industri. Ph.D. kandidat Miao Yu, vid TU/e ​​institutionen för kemiteknik och kemi, utforskade syntesen av en alternativ byggsten, metantiol (CH ₃ SH) — svavelanalogen till CH ₃ OH - från billiga och rikliga råvaror samt ytterligare omvandling av CH ₃ SH till olefiner, som används i stor utsträckning för att tillverka plast. Utvecklingen av katalysatorer för båda kemiska reaktionsstegen lägger grunden för nya industriella kemiska processer. Yu kommer att försvara sin doktorsexamen avhandling den 2 december 2020.

Förutom dess kapacitet att omvandlas till olefiner, CH ₃ SH används som en viktig råvara för svavelhaltiga produkter inom livsmedelsindustrin. För närvarande, det produceras genom tiolering av CH ₃ ÅH, en process som gör det för dyrt för storskalig produktion. Direkt syntes av CH ₃ SH från enkla kemikalier som kolmonoxid och svavelväte försökte redan för 30 år sedan. Detta ledde till utvecklingen av en klass av alkalibefrämjade molybdensulfid (K/MoS2) katalysatorer som, trots deras löfte, har ännu inte gjort den direkta syntesprocessen tillräckligt konkurrenskraftig jämfört med den konventionella metanolvägen.

För nästa steg, Yu undersökte reaktionsmekanismen för CH ₃ SH-syntes i detalj med avancerade spektroskopiska och mikroskopiska tekniker. Dessa noggranna studier gav ett överraskande resultat:istället för kalium (K), cesium (Cs) visar en mycket bättre prestanda när det gäller att främja aktiviteten hos MoS ₂ katalysatorer. Dessutom, det visade sig att MoS ₂ komponent behövs inte alls - alkalisulfider ensamma kan katalysera CH ₃ SH-syntes. Dessa insikter gör det möjligt att utveckla nya katalysatorer som är mycket mer kostnadseffektiva, för oss ett steg närmare storskaliga CH ₃ SH -syntes.

Nu när det finns utsikter för CH ₃ SH för att bli en billig råvara, det är värt att utforska omvandlingen av denna enkla molekyl till eten, som är huvudbyggstenen för polyeten. För detta ändamål, det är nödvändigt att göra kol-kol-bindningar. Med tanke på analogin mellan CH ₃ OH och CH ₃ SH, Yu försökte efterlikna den redan industrialiserade metanol-till-olefiner (MTO) processen. En viktig upptäckt var att speciella zeoliter med små porer har kapacitet att katalysera omvandlingen av CH ₃ SH till eten med hög selektivitet i en ny kemisk process som kallas "metantiol-till-olefiner (MtTO) -reaktionen."

Med sin forskning, Yu visar potentialen hos CH ₃ SH blir en ny C1-råvara för den kemiska industrin. Indirekt, detta kan bidra till att minska utsläppen av växthusgaser, eftersom det är möjligt att använda CO ₂ kan också användas som C1 -råmaterial. En nästa utmaning är den direkta syntesen av metantiol från CO ₂ att intensifiera den övergripande processen.