Comme une classe importante de catalyseurs non métalliques, les nanotubes de carbone, le diamant, le graphène matériau de nanocarbone dans le catalyseur présentent comparable ou dans de nombreuses réactions catalytiques les performances catalytiques sur un catalyseur métallique classique. Oxygène, l'azote, le bore, le soufre, etc., est nanocarbone le facteur clé dans les questions scientifiques importantes des groupes fonctionnels communs sur la surface du matériau, mais ils sont également réglementés propriétés catalytiques. comprendre et résumer la nature chimique et l'activité catalytique des groupes fonctionnels de surface est d'optimiser le développement de matériaux nano-carbone et le catalyseur.
Récemment, l'Institut de Recherche en métal, la matière catalytique associée de recherche Bo, et d'autres chercheurs utilisant Su Dangsheng premier calcul principe et la chimie quantique, à partir de la nature chimique des groupes fonctionnels de surface, expliqués en détail l'oxygène, l'azote, le bore , de soufre et d'autres groupes fonctionnels dans la déshydrogénation d'alcane, l'oxydation du monoxyde de carbone, réduction de l'oxygène, de la catalyse d'hydrogénation sélective et d'autres réactions catalytiques, et les règles générales résumées mécanisme et la régulation des groupes fonctionnels de surface, comme suit:
1. Les gains et les pertes de capacité d'électrons et de l'oxygène du pH et les groupes fonctionnels azotés peuvent être introduits avec succès dans un groupe carbonyle, un groupe carboxyle, un groupe hydroxyle et d'autres groupes fonctionnels d'oxygène sur le matériau nano-carbone par le procédé de processus d'oxydation de l'acide nitrique de la façon de décrire avec précision quantitativement entre les différents groupes fonctionnels d'oxygène la différence d'activité et l'activité dans les mêmes groupes fonctionnels d'oxygène dans différents environnements chimiques est un problème difficile en raison de la coexistence de groupes fonctionnels plus d'oxygène sur le catalyseur, au moyen d'expériences difficiles à donner une description précise des chercheurs en utilisant la fonction Fukui, par la densité fonctionnelle calculs théoriques donnés première lettre groupe fonctionnel quantification d'oxygène caractérisent les résultats de calcul électroniques de perte de capacité peut aider des groupes fonctionnels chimiquement réactifs fonctionnent avec l'expérience de la différence différent de l'oxygène, la réaction des sites actifs (Chemistry - un European Journal 2014, 20, 7890-7894).. introduite sur une fonction azotée de matériau nano-carbone peut être efficacement améliorée alcalin catalyseur. les matériaux nano-carbone que la pyridine, le pyrrole, l'azote quaternaire, de l'azote en graphite est un des groupes fonctionnels azote commun. comment distinguer la fonctionnalité d'azote différent de base est d'optimiser les propriétés catalytiques Les chercheurs ont réussi en utilisant des calculs de constantes d'adsorption de protons et de dissociation d'acide Taille de la précision de quantification donné quatre différentes fonctionnalités de l'azote basique. Les résultats ont indiqué, l'atome d'azote de la pyridine est le groupe fonctionnel le plus élémentaire, il est déterminé que la base catalysée par réaction de la base du site actif (Phys. Chem. Chem. Phys 2015, 17, 6691 à 6694).
2. déshydrogénation oxydante alcane Low sites actifs, et le mécanisme de la voie de réaction. Réaction de déshydrogénation oxydante est l'application la plus réussie d'une réaction chimique catalytique en matériau nano-carbone. Les premiers premiers principes décrits dans l'éthane bis activité carbonyle voie de réaction de déshydrogénation oxydante (J. Mater. Chem. 2014 a, 2, 5287-5294), la régénération a révélé mécanisme de réaction du site actif largement rapporté ne diffère pas avant et les chercheurs d'oxygène proposé peut être éliminé par un calcul peut être caractérisation du matériau nano-carbone de paramètre de l'activité du catalyseur dans la réaction de déshydrogénation oxydante. les résultats a noté en outre que l'activité catalytique d'atomes de carbone fixé à l'oxygène et pas remarqué sur le groupe fonctionnel avant l'expérience pour vérifier le groupe carbonyle individuel peut être utilisé comme la déshydrogénation oxydative dans la réaction du site actif (.. Chem Commun 2014, 50, 11016-11019) en analysant la matière aromatique nanocarbone, décrit un sites actifs catalytiques en raison de la réduction d'atomes de carbone est produit aromatique (Chemistry - un Asian Journal 2016 , 11, 1668-1671).
3. Mécanisme de déshydrogénation directe, bas de paraffines. Les performances de nanodiamant dans la déshydrogénation directe d'alcanes un excellent effet catalytique, pas plus que les catalyseurs métalliques classiques, mais aussi par rapport à un autre catalyseur matériau nano-carbone tels que les nanotubes de carbone ont un meilleur la stabilité et la sélectivité est calculée par les premiers principes, les chercheurs de la structure de la barrière d'activation du catalyseur, l'effet de liaison hydrogène, aspect de transfert de charge et la taille sp2 révèlent la structure unique de noyau-coquille et les propriétés catalytiques de nanodiamant @ sp3 relation structure-activité entre, fournit un support théorique (ACS Catalysis 2017, 7, 3779-3785.) afin d'optimiser la conception d'un matériau nano-carbone non-métallique et le catalyseur.
Les molécules d'hydrogène sont des réactifs importants dans les réactions chimiques et ont traditionnellement utilisé des métaux précieux comme catalyseurs pour activer les molécules d'hydrogène.Les chercheurs ont utilisé le concept catalytique de la paire de Lewis frustrée pour concevoir un modèle théorique pour l'azote du bore. Système de catalyseur de graphène à double couche co-dopé Les calculs montrent que les catalyseurs à base de carbone présentent une catalyse similaire à celle des catalyseurs de métaux nobles (Phys. La réaction catalytique de l'hydrogénation sélective moléculaire de l'aldéhyde cinnamique a été testée pour démontrer une méthode d'augmentation de la sélectivité de l'alcool cinnamylique avec une bonne sélectivité pour l'alcool cinnamylique (ChemCatChem 2014, 6, 3246-3253).
Le vecteur pour la régulation fonctionnelle d'un catalyseur métallique. Les chercheurs ont construit plusieurs différentes configurations structurelles du matériau nano-carbone des hétéroatomes de bore et d'azote. L'électricité en raison de la différence négative, des hétéroatomes de bore et d'azote performance du catalyseur d'or pour la monoatomique de charge . régulation de l'analyse de la charge opposée a montré que l'électron dopé à l'azote est transférée du support à l'atome de métal de support; direction de transfert d'électrons dopé au bore du support en regard des atomes d'or présentent donc différents états de valence, qui directement. résultat de différentes forces et des mécanismes entre le réactif et le monoxyde de carbone, d'oxygène moléculaire et une plus grande force entre le support et les atomes d'or dans les molécules de monoxyde de carbone dopés à l'azote ;. un atome d'or dopé de bore et porteur d'oxygène moléculaire plus forte vigueur . la réaction avec la taille des molécules résultent de différentes forces sur la réaction d'oxydation du monoxyde de carbone différents transporteurs ont différents mécanismes de réaction. en plus de LH traditionnel et le mécanisme de réaction d'ER, a également constaté un mécanisme de réaction de trois molécules (tri-moléculaire) la compréhension approfondie (J. Mater. Chem. un 2017, 5, 16653-16662) pour la régulation des vecteurs chercheurs ont étudié l'addition graphène Porteuse unique trous sur le nanotube de carbone, une double cavité et sites de défauts Pierre-Galles pour la régulation du catalyseur d'or supporté dans un atome d'azote, et en comparant les nanotubes de carbone ont décrit l'effet de courbure (Phys. Chem. Chem. Phys. 2017 19, 22344-22354).
6. Les règles générales et des mécanismes de régulation de groupes fonctionnels. Les calculs montrent que l'introduction d'un atome d'azote peut améliorer la capacité de donneur d'électrons de groupes fonctionnels d'oxygène, améliorant ainsi la désorption des oléfines, pour améliorer la sélectivité du catalyseur (Chem matériau nano-carbone dans la réaction de déshydrogénation. Asiatique J. 2013, 8, 2605-2608.). dopage par rapport à l'atome d'azote, un rapport en atomes de bore des atomes de carbone et une à moins d'électrons de valence, créant ainsi un trou, les résultats de trou montrent que les atomes de bore peuvent être produits par des molécules d'oxygène activé pour produire les espèces réactives de l'oxygène, l'oxydation partielle catalytique du méthane en formaldéhyde (Journal of Physical Chemistry C 2013, 117, 17485-17492). criblage de calcul de la masse, les chercheurs ont découvert que les groupes fonctionnels sur le catalyseur au matériau de carbone suivi des règles déshydrogénation MPE et de carbone la rupture des liaisons hydrogène barrière d'énergie et aussi à partir de la relation linéaire (Nanoscale 2015, 7, 16597-16600).
Les résultats des recherches ont été publiés dans ACS Catalysis, Nanoscale J. Mater. Chem. A, Chem. Comm. et d'autres journaux, les derniers résultats d'un article de fond publié dans Chemical Communications. L'étude a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de la Chine, le métal de chercheur exceptionnel Projet, Sinopec, le financement du centre d'État Super Guangzhou.
Figure 1. (a) Le groupe fonctionnel matériau nano-carbone oxygène commun (b) L'ordre d'affinité pour un groupe fonctionnel d'oxygène
Figure 2. Déshydrogénation oxydative du propane par rapport aux groupes mono-carbonyles
Figure 3. Les paramètres cinétiques par oxydation de l'éthane réaction de déshydrogénation de calcul dynamique microscopique obtenue. (A) de facteur pré-exponentiel (b) la constante d'équilibre de la réaction (c) la réaction de conversion de fréquence
Figure 4. Mécanisme d'activation des molécules d'hydrogène
La figure relation structure-activité schématique entre la structure et les propriétés catalytiques de la nano-noyau et enveloppe diamant 5. sp2 sp3 @
Figure 6. Déshydrogénation oxydative des nanomatériaux de carbone
