Algorithmen erklären, wie Propan zu Propylen wird ^{CEFR B2}

Forscher an der University of Rochester haben Algorithmen entwickelt, die die atomaren Merkmale identifizieren, welche die Umwandlung von Propan in Propylen steuern. Propylen ist ein wichtiger Ausgangsstoff für viele Alltagsprodukte, etwa Kunststoff-Quetschflaschen und Gartenmöbel. Eine Studie von 2021 in Science hatte bereits gezeigt, dass tandemartige nanoskalige Katalysatoren mehrere Verfahrensschritte zu einer einzigen Reaktion kombinieren können, wodurch Ertrag steigt und Kosten sinken; auf atomarer Ebene blieb der genaue Mechanismus aber unklar.

Die neue Studie, veröffentlicht in der Journal of the American Chemical Society, beschreibt, wie die Forschenden Reaktionen analysierten, die durch unterschiedliche Materialzustände kompliziert werden, insbesondere metallische und Oxidphasen. Mit computergestützten Auswertungen filterten sie aus vielen möglichen atomaren Anordnungen die relevantesten heraus und verfeinerten ihre Algorithmen, um beide Phasen detailliert zu untersuchen.

Deshpande und seine Doktorandin Snehitha Srirangam entdeckten unerwartet, dass das Oxidmaterial dazu neigt, sich selektiv um defekte Metallstellen aufzubauen. Dieses selektive Wachstum erwies sich als wichtig für die Stabilität des Katalysators; das Oxid blieb mit den defekten Stellen verbunden, obwohl seine chemische Zusammensetzung variieren kann. Die Forschenden sehen breitere Anwendungsmöglichkeiten und nennen die Methanolsynthese als Beispiel.

Deshpande erläuterte, dass Unternehmen die Erkenntnisse nutzen könnten, um effizientere Produktionswege für Propylen und andere Industriechemikalien zu finden und sich von langjährigen Trial-and-Error-Methoden zu entfernen. Der Ansatz ist sehr allgemein und könne dazu beitragen, Prozesse zu verstehen, die seit Jahrzehnten rätselhaft sind.