Forskare vid University of Rochester har knäckt atomnivåmekanismerna bakom katalysatorer som omvandlar propen till propan, ett nyckelmateral för plaster och andra produkter. Deras algoritmer avslöjade oväntade oxidbeteenden som stabiliserar reaktionen genom att klustra runt defekta metallplatser. Resultaten, publicerade i Journal of the American Chemical Society, kan förbättra industriella processer som metanolsyntes.
Propen, essentiell för föremål som plastflaskor och utomhusmöbler, produceras genom att omvandla propen med katalysatorer. En studie från 2021 i Science visade att tandem nanoskala-katalysatorer kunde kombinera flera steg till en reaktion, vilket ökar utbytet och minskar kostnaderna. Dock var de atomära detaljerna i denna process oklara, vilket begränsade dess tillämpning på andra reaktioner.
För att adressera detta utvecklade Siddharth Deshpande, biträdande professor vid avdelningen för kemisk och hållbarhetsingenjörsvetenskap vid University of Rochester, och hans doktorand Snehitha Srirangam algoritmer för att analysera den komplexa kemin. Dessa verktyg skannar otaliga möjligheter vid katalytiska aktiva platser, med fokus på nyckelinteraktioner när materialen skiftar mellan tillstånd.
"Det finns så många olika möjligheter till vad som händer vid de katalytiska aktiva platserna, så vi behöver en algoritmisk approach för att mycket enkelt men logiskt skanna igenom den stora mängden möjligheter som finns och fokusera på de viktigaste," sa Deshpande. Deras analys visade att oxider bildas selektivt runt defekta metallplatser, vilket stabiliserar katalysatorn trots varierande sammansättningar.
Denna platsselektiva oxidomarrangemang förbättrar selektiviteten i den oxidativa dehydrogenationen av propen, som detaljerats i deras studie med titeln "Site-Selective Oxide Rearrangement in a Tandem Metal–Metal Oxide Catalyst Improves Selectivity in Oxidative Dehydrogenation of Propane," publicerad i Journal of the American Chemical Society (2025; 147 (45): 41727, DOI: 10.1021/jacs.5c13571).
Deshpande noterade den bredare effekten: "Vår approach är mycket generell och kan öppna dörrar för att förstå många av dessa processer som varit ett mysterium i årtionden." Insikterna kan minska beroendet av trial-and-error i produktionen av industriella kemikalier, inklusive de för färger och bränsleceller.