ロチェスター大学の研究者らが、プロパンからプロピレンへの変換を担う触媒の原子レベルでのメカニズムを解明した。プロピレンはプラスチックや他の製品の重要な材料である。彼らのアルゴリズムは、欠陥金属サイト周辺に集まることで反応を安定化させる予期せぬ酸化物の挙動を明らかにした。この発見は、Journal of the American Chemical Societyに掲載されており、メタノール合成などの産業プロセスを改善する可能性がある。
プロピレンは、プラスチックボトルや屋外家具などの必需品で、プロパンから触媒を使用して生産される。2021年のScience誌の研究では、タンデムナノスケール触媒が複数のステップを1つの反応に組み合わせ、収率を向上させコストを削減できることが示された。しかし、このプロセスの原子レベルの詳細は不明で、他の反応への適用が制限されていた。
これに対処するため、ロチェスター大学の化学・持続可能性工学科准教授のSiddharth Deshpandeと彼の博士課程学生Snehitha Srirangamは、複雑な化学を分析するアルゴリズムを開発した。これらのツールは、触媒活性サイトでの多数の可能性をスクリーニングし、材料が状態間で移行する際の重要な相互作用に焦点を当てる。
「触媒活性サイトで起こっていることの可能性は非常に多岐にわたるため、多数の可能性を論理的かつ容易にスクリーニングし、最も重要なものに焦点を当てるアルゴリズムアプローチが必要です」とDeshpandeは述べた。彼らの分析では、酸化物が欠陥金属サイト周辺に選択的に形成され、組成の変動にもかかわらず触媒を安定化させることが示された。
このサイト選択的な酸化物再配列は、プロパンの酸化的脱水素化における選択性を向上させ、彼らの研究「Site-Selective Oxide Rearrangement in a Tandem Metal–Metal Oxide Catalyst Improves Selectivity in Oxidative Dehydrogenation of Propane」（Journal of the American Chemical Society掲載、2025; 147 (45): 41727, DOI: 10.1021/jacs.5c13571）で詳述されている。
Deshpandeはより広範な影響を指摘した：「私たちのアプローチは非常に一般的であり、数十年間謎に包まれていた多くのプロセスを理解するための扉を開く可能性がある。」この洞察は、塗料や燃料電池用の化学物質を含む産業化学物質の生産における試行錯誤への依存を減らすことができる。