خوارزمية جديدة تكشف عن الكيمياء السرية وراء البروبيلين الأرخص والأنظف

لقد رسم العلماء خريطة للتفاعلات الذرية التي تحدث مقياس النانو المحفزات فعالة جدًا في تحويل البروبان إلى بروبيلين.

يسلط هذا الاكتشاف الضوء على نمط الأكسيد المستقر الذي يمكن أن يرشد أساليب الإنتاج الصناعي المحسنة.

تحويل البروبان إلى البروبيلين

تعتمد العديد من السلع اليومية، بما في ذلك الزجاجات البلاستيكية والأثاث الخارجي، على عملية كيميائية تحول البروبان إلى بروبيلين. تقرير 2021 في علوم أظهر أن الكيميائيين يمكنهم استخدام محفزات نانوية ترادفية لدمج عدة مراحل من هذا التحويل في تفاعل واحد، وهي طريقة تزيد من الكفاءة وتقلل من التكاليف بالنسبة للمصنعين. ومع ذلك، فإن النشاط الذري الدقيق وراء هذه العملية المشتركة لا يزال غير معروف، مما جعل من الصعب توسيع الطريقة لتشمل تفاعلات صناعية رئيسية أخرى.

الخوارزميات تكشف تفاصيل المستوى الذري

أنشأ العلماء في جامعة روتشستر خوارزميات تسلط الضوء على ميزات المقياس الذري التي توجه التفاعل عندما تقوم المحفزات النانوية بتحويل البروبان إلى بروبيلين. النتائج التي توصلوا إليها، نشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكيةوصف التفاعل المعقد للمواد التي تنتقل بين حالات متعددة أثناء التفاعل.

يقول سيدارت ديشباندي، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الكيميائية والاستدامة: “هناك العديد من الاحتمالات المختلفة لما يحدث في المواقع التحفيزية النشطة، لذلك نحن بحاجة إلى نهج خوارزمي لفحص الكم الكبير من الاحتمالات الموجودة بسهولة شديدة ومنطقية والتركيز على أهمها”. “لقد قمنا بتحسين خوارزمياتنا واستخدمناها لإجراء تحليل مفصل للغاية للطور المعدني وطور الأكسيد الذي يقود هذا التفاعل المعقد للغاية.”

سلوك الأكسيد واستقرار المحفز

أثناء التحقيق، كشف ديشباندي وطالب الدكتوراه في الهندسة الكيميائية سنيهيتا سريرانغام عن أنماط غير متوقعة. ولاحظوا أن الأكسيد الموجود في التفاعل يميل إلى التشكل حول المواقع المعدنية المعيبة بطريقة انتقائية للغاية، وهي الميزة التي لعبت دورًا حاسمًا في الحفاظ على استقرار المحفز.

على الرغم من أن الأكسيد يمكن أن يظهر في العديد من التركيبات الكيميائية، إلا أنه ظل ثابتًا متمركزًا حول تلك المواقع المعدنية المعيبة.

توسيع النهج إلى التفاعلات الصناعية الأخرى

يقول ديشباندي إن هذا الفهم الأعمق، إلى جانب الأدوات الخوارزمية للفريق، يمكن أن يساعد العلماء على فحص الهياكل الذرية للتفاعلات المهمة الأخرى، بما في ذلك تخليق الميثانول الذي يدعم منتجات تتراوح من الدهانات إلى خلايا الوقود. وهو يعتقد أنه مع مرور الوقت، يمكن لهذه المعرفة أن توجه الشركات نحو استراتيجيات أكثر كفاءة لإنتاج البروبيلين والمواد الكيميائية الصناعية الأخرى حتى تتمكن من الابتعاد عن أساليب التجربة والخطأ الشائعة الاستخدام اليوم.

يقول ديشباندي: “إن نهجنا عام للغاية ويمكن أن يفتح الأبواب لفهم العديد من هذه العمليات التي ظلت لغزًا لعقود من الزمن”. “نحن نعلم أن هذه العمليات تعمل، ونحن ننتج أطنانًا من هذه المواد الكيميائية، ولكن لدينا الكثير لنتعلمه حول سبب عملها بالضبط.”

المرجع: “إعادة ترتيب الأكسيد الانتقائي للموقع في محفز ترادفي لأكسيد المعدن والفلز يحسن الانتقائية في نزع الهيدروجين التأكسدي للبروبان” بقلم سنيهيتا سريرانجام وسيدهارث ديشباندي، 28 أكتوبر 2025، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
دوى: 10.1021/jacs.5c13571

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.