L'aggiunta di piombo e calcio a un catalizzatore industriale migliora notevolmente la sua capacità di supportare la produzione di propilene a temperature molto elevate, rendendolo stabile e attivo per un mese.

Gli scienziati dell'Università di Hokkaido hanno progettato un catalizzatore per la produzione di propilene che è altamente stabile anche a 600 gradi C. Hanno riportato il loro concetto di design e i risultati sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale .

Il propilene è una materia prima molto desiderata e un elemento costitutivo per una grande varietà di prodotti, anche nel tessile, plastica ed elettronica. Originariamente, è stato prodotto come sottoprodotto della scomposizione di idrocarburi saturi in un processo chiamato steam cracking. Però, questo processo non fornisce più le quantità necessarie all'industria.

Più recentemente, l'industria produce propilene dal gas di scisto. Il gas di scisto contiene una grande quantità di metano, e minori quantità di etano e propano. Il propilene può essere prodotto dal propano rimuovendo due atomi di idrogeno da esso attraverso un processo chiamato deidrogenazione del propano. Questo processo richiede temperature molto elevate, intorno ai 600 gradi C. Il platino è ampiamente usato come catalizzatore nella deidrogenazione del propano, poiché è molto bravo a rompere gli atomi di idrogeno dal carbonio. Ma viene rapidamente disattivato da reazioni collaterali che si verificano ad alte temperature.

Il professore associato Shinya Furukawa ha guidato un team di scienziati presso l'Istituto per la catalisi dell'Università di Hokkaido per migliorare i catalizzatori al platino attualmente disponibili. Nello specifico, hanno lavorato con un catalizzatore al platino che è in lega con gallio, uno dei numerosi metalli inattivi che possono aiutare a ridurre le reazioni collaterali indesiderate che disattivano il catalizzatore ad alte temperature separando gli atomi di platino l'uno dall'altro. Però, la separazione degli atomi di platino da parte del gallio non è completa.

Furukawa e i suoi colleghi hanno aggiunto atomi di piombo a nanoparticelle di platino-gallio poste su una base di ossido di silicio. Gli atomi di piombo attaccati alla superficie delle nanoparticelle ovunque si trovassero insieme tre atomi di platino. Questo blocca le reazioni collaterali che si verificano nei siti degli atomi di platino aggregati, lasciando ai singoli atomi il compito di deidrogenazione.

Il team ha ulteriormente migliorato il catalizzatore depositando ioni calcio sulla sua base di ossido di silicio. Gli ioni calcio donano elettroni alle nanoparticelle di platino-gallio, migliorandone la stabilità.

"Il nostro catalizzatore al platino-gallio 'doppiamente decorato' aveva una stabilità significativamente superiore di un mese a 600 gradi C, rispetto ad altri catalizzatori di deidrogenazione del propano riportati, che vengono disattivati ​​entro alcuni giorni, "dice Furukawa.

I ricercatori hanno testato rispettivamente additivi e basi diversi dagli ioni calcio e dall'ossido di silicio, ma nessuno aveva la capacità catalitica e la stabilità superiori del catalizzatore di platino e gallio doppiamente decorato.

"Il nostro concetto di progettazione del catalizzatore apre la strada al miglioramento delle prestazioni catalitiche degli intermetallici nella deidrogenazione degli idrocarburi saturi, "dice Furukawa.