كشف باحثون في جامعة روتشستر عن الآليات على المستوى الذري وراء المحفزات التي تحول البروبان إلى بروبيلين، وهو مادة أساسية للبلاستيك ومنتجات أخرى. كشفت خوارزمياتهم عن سلوكيات أكاسيد غير متوقعة التي تستقر التفاعل من خلال التجمع حول مواقع معدنية معيبة. النتائج، المنشورة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، يمكن أن تحسن العمليات الصناعية مثل تخليق الميثانول.
البروبيلين، الذي يُعتبر أساسيًا للعناصر مثل زجاجات البلاستيك وأثاث الخارج، يُنتج عن طريق تحويل البروبان باستخدام محفزات. أظهرت دراسة في عام 2021 في مجلة Science أن المحفزات النانوية المتتالية يمكن أن تجمع خطوات متعددة في تفاعل واحد، مما يعزز العائد ويقلل التكاليف. ومع ذلك، كانت التفاصيل الذرية لهذه العملية غير واضحة، مما يحد من تطبيقها على تفاعلات أخرى.
لمعالجة ذلك، طور سدهارث ديشباندي، أستاذ مساعد في قسم الهندسة الكيميائية والهندسة المستدامة في جامعة روتشستر، وطالبته في الدكتوراه سنيثا سريرنجام، خوارزميات لتحليل الكيمياء المعقدة. هذه الأدوات تفحص إمكانيات عديدة في المواقع النشطة الكاتاليتية، مع التركيز على التفاعلات الرئيسية بينما تتغير المواد بين الحالات.
"هناك الكثير من الإمكانيات المختلفة لما يحدث في المواقع النشطة الكاتاليتية، لذا نحتاج إلى نهج خوارزمي لفحص الكمية الكبيرة من الإمكانيات التي توجد بسهولة ولكن منطقيًا والتركيز على الأكثر أهمية"، قال ديشباندي. أظهر تحليلهم أن الأكاسيد تتشكل بشكل انتقائي حول المواقع المعدنية المعيبة، مما يثبت المحفز رغم التركيبات المتغيرة.
تحسين هذا الترتيب الانتقائي للأكاسيد بالموقع يحسن الانتقائية في التحلل الهيدروجيني التأكسدي للبروبان، كما هو مفصل في دراستهم بعنوان "Site-Selective Oxide Rearrangement in a Tandem Metal–Metal Oxide Catalyst Improves Selectivity in Oxidative Dehydrogenation of Propane"، المنشورة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية (2025؛ 147 (45): 41727، DOI: 10.1021/jacs.5c13571).
أشار ديشباندي إلى التأثير الأوسع: "نهجنا عام جدًا ويمكن أن يفتح الأبواب لفهم العديد من هذه العمليات التي ظلت لغزًا لعقود." يمكن أن تقلل الرؤى من الاعتماد على التجربة والخطأ في إنتاج المواد الكيميائية الصناعية، بما في ذلك تلك المستخدمة في الدهانات وخلايا الوقود.