根據對舊催化過程的新分析，可以可持續地制造汽車輪胎和運動鞋鞋底的關鍵成分。丁二烯是合成橡膠的重要組成部分，目前由石化行業從化石儲量中生產。

但它可以使用一種不尋常的舊催化劑的現代化版本，通過可再生乙醇的一步反應有效地制造出來。“丁二烯目前作為石化工業的副產品生產，這可能導致其供應短缺，”Javier Ruiz-Martinez 實驗室的研究科學家 Sang-Ho Chung 解釋說，他與他共同領導了這項工作。“此外，這些路線顯然是不可持續的，”他補充道。

丁二烯生產中的這些挑戰重新激發了人們對 1930 年代首次開發的列別杰夫工藝的興趣，該工藝在單個催化反應器中將乙醇轉化為丁二烯。“可持續的丁二烯可以通過在列別杰夫工藝中使用生物乙醇來制造，甚至可以使用尖端的二氧化碳到乙醇工藝來制造乙醇，”Chung 說。

列別杰夫工藝由二氧化硅-氧化鎂催化劑驅動，這些催化劑是通過一種稱為濕捏合的不尋常方法生產的。該方法涉及在連續混合下在水中合并固體催化劑前體。

“濕法捏合在催化劑制備中并不常見，但它通常用于為 Lebedev 工藝制備高性能硅鎂催化劑，”Ruiz-Martinez 說。

然而，改進的濕法捏合催化劑主要是通過反復試驗發現的。為什么有些催化劑優于其他催化劑尚不完全清楚，“了解這些材料是如何形成的是制備更好催化劑的第一步，”Ruiz-Martinez 說。

Chung、Ruiz-Martinez 和他們的 KAUST 同事使用固態核磁共振波譜研究了真實濕捏合條件下硅鎂催化劑的形成。“我們發現，基于硅物質在氧化鎂上的交叉沉積和鎂物質在二氧化硅上的交叉沉積，形成了兩種不同的催化劑顆粒，”Chung 說。研究結果發表在《自然催化》雜志上。

至關重要的是，他們表明二氧化硅顆粒上的硅酸鎂傾向于產生乙烯作為不需要的副產物。“有了這種理解，我們就可以只合成對丁二烯生產有活性的催化劑顆粒，而避免產生乙烯的顆粒，”Chung 說。

該團隊還表明，最好的催化劑也有非常接近的某些活性位點。“這有助于我們為這一過程開發下一代催化劑，”RuizMartinez 說。“我們正在取得良好進展，并且已經有了更具選擇性的版本，這可能是該流程商業化的關鍵一步。”