Seçici hidrojenasyon katalitik dönüşümde ilerleme
Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi, Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü, Katı Hal Fiziği Enstitüsü Çevre ve Enerji Nanomalzemeleri Merkezi, seçici hidrojenasyon ve katalitik dönüşümde yeni bir ilerleme kaydetti ve ultra yüksek katalitik aktivite, seçicilik ve stabilite ile bir Co-Nx aktivitesi oluşturdu. Değerli olmayan metal katalizörlerin siteleri. İlgili araştırma sonuçları uluslararası "Advanced Materials" dergisinde yayınlandı (Adv.Mater. 2019, DOI: 10.1002 / adma.201808341).
Biyokütle, gezegendeki en bol yenilenebilir kaynaklardan biridir.Uygun katalizörlerin etkisiyle fosil kaynakların yerini alacak yakıtlara ve kimyasallara dönüştürülebilir. Zengin oksijen içeriği nedeniyle, biyokütleden türetilmiş platform moleküllerinin seçici hidrojenasyonu, biyokütle ince kimyasalların üretiminde en yaygın kullanılan yöntemlerden biri olarak kabul edilmektedir. Şu anda, hidrojenasyon katalizörlerinin aktif bileşenleri esas olarak değerli metallerin (Pt, Au, Pd, Ru, vb.) Aktif bölgelerine dayanmaktadır, ancak düşük rezervleri ve yüksek fiyatları, büyük ölçekli uygulamalarını ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Bu nedenle, düşük maliyetli, asil olmayan metal yüksek aktiviteye sahip hidrojenasyon katalizörlerinin geliştirilmesi, biyokütle uygulamalarına ulaşmanın anahtarıdır.
Geleneksel olarak desteklenen asil olmayan metal nanokatalizörler zayıf morfolojiye ve boyut tekdüzeliğine ve tek aktif bölgelere sahiptir, bu da hidrojenasyon işleminde zayıf aktivite, seçicilik ve stabilite ile sonuçlanır. Son zamanlarda, düşük maliyetli, yüksek katalitik aktiviteye sahip metal-nitrojen-karbon yapı katalizör sistemlerinin hazırlanması, metal organik çerçeveler (MOF'ler) malzemelerine dayalı olarak araştırmacılardan büyük ilgi gördü. Bununla birlikte, MOF'lerin yüksek sıcaklıkta doğrudan karbonizasyonu, malzemenin katalitik performansını etkileyecek olan N içeriğinin ve gözenekliliğin azalmasına neden olacaktır. Bu nedenle, malzemenin katalitik aktivitesini sürdürmek için uygun nano yapılar inşa etmek gereklidir. ZIF-67 öncüsünden türetilen N katkılı karbon nanotüpler, 3 boyutlu geçiş metal nanokatalizörünü kapsüllemektedir.Eşsiz yapısı ve kompozisyon tasarımı sayesinde, verimli bir elektrokatalizör olduğu kanıtlanmıştır. Araştırmacılar, mükemmel elektrokatalitik performansını kimyasal bileşenlerin (uygun N katkısı) ve çok seviyeli oyuk yapının sinerjisine bağlamaktadır. Bununla birlikte, bu özel yapıya dayanan metal-nitrojen-karbon malzemelerinden in situ türetilen geçiş metal nanopartiküllerinin katalitik potansiyelinden, özellikle geleneksel termal kataliz araştırmaları için tam olarak yararlanılmamıştır.
Bu amaçla, araştırmacılar ZIF-67'den türetilmiş N katkılı karbon nanotüp kapsüllenmiş Co nanopartikül katalizörünü hazırlamak için iki aşamalı bir piroliz yöntemi kullandılar. Yüksek sıcaklıkta aşamalı piroliz, karbon nanotüplerin büyümesini daha düzenli hale getirir ve tek boyutlu karbon nanotüp yapısı, karbonizasyon işlemi sırasında Co parçacıklarının büyümesini ve aglomerasyonunu etkili bir şekilde önleyebilir, böylece Co nanopartiküller N katkılı karbona oldukça homojen bir şekilde sarılır. Nanotüpün tepesinde, şekilde gösterildiği gibi ortalama parçacık boyutu 10.4 nm'dir. Analiz, yapılandırılan katalizörün çok sayıda Co-Nx aktif sahaya sahip olduğunu ve bunun da ultra yüksek katalitik aktivite, seçicilik ve stabiliteye sahip asil olmayan metal katalizörlere yol açtığını göstermektedir. Daha ileri analizler, yüksek aktif bölgelere sahip bu tip katalizörün, aldehit, keton, karboksil ve nitro fonksiyonel grupları içeren biyokütle bazlı bileşikleri, oda sıcaklığında karşılık gelen yüksek katma değere seçici olarak hidrojene edebildiğini göstermektedir. İnce kimyasallar için katalitik performansı, mevcut değerli metal katalizörlerinin seviyesine ulaşır veya bu seviyeyi aşar. İlgili araştırma, yüksek verimli, asil olmayan metal bazlı hidrojenasyon katalizör malzemeleri hazırlamak için yeni ve etkili bir yol sağlar ve yeni hidrojenasyon aktif bölgelerinin anlaşılması için deneysel bir temel sağlar.
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından finanse edildi.
(a-d) Malzeme SEM görüntüleri, HAADF-STEM görüntüleri ve HRTEM görüntüleri; (e-f) Co 2p ve N 1s spektrumları; (g) XANES ve EXAFS spektrumları.
Kaynak: Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
