धातु के नैनोकैबन उत्प्रेरक के कार्यात्मक समूहों पर अनुसंधान की प्रगति

गैर धातु उत्प्रेरक, कार्बन नैनोट्यूब, हीरा, ग्राफीन nanocarbon सामग्री उत्प्रेरक में तुलनीय या कई उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में प्रदर्शन का एक महत्वपूर्ण वर्ग के रूप में पारंपरिक धातु उत्प्रेरक। ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, बोरान, सल्फर, आदि पर उत्प्रेरक प्रदर्शन nanocarbon है सामग्री की सतह पर महत्वपूर्ण वैज्ञानिक सवाल आम कार्य समूहों में महत्वपूर्ण कारक, लेकिन वे भी उत्प्रेरक गुण। समझ विनियमित और रासायनिक प्रकृति और सतह कार्य समूहों के उत्प्रेरक गतिविधि को संक्षेप में प्रस्तुत कर रहे हैं आगे नैनो कार्बन सामग्री और उत्प्रेरक के विकास का अनुकूलन है।

हाल ही में, धातु अनुसंधान संस्थान, रिसर्च एसोसिएट बो उत्प्रेरक सामग्री, और अन्य शोधकर्ताओं र Dangsheng पहले सिद्धांत गणना और क्वांटम रसायन विज्ञान का उपयोग कर, सतह कार्य समूहों की रासायनिक प्रकृति से शुरू, विस्तार ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, बोरान में विस्तार से बताया , सल्फर और एल्केन dehydrogenation में अन्य कार्य समूहों, कार्बन मोनोऑक्साइड, ऑक्सीजन की कमी, चयनात्मक हाइड्रोजनीकरण कटैलिसीस और अन्य उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं, और सामान्य नियम के ऑक्सीकरण संक्षेप तंत्र और सतह कार्य समूहों के नियमन, इस प्रकार है:

1. लाभ और हानि इलेक्ट्रॉन क्षमता और पीएच ऑक्सीजन और नाइट्रोजन कार्य समूहों सफलतापूर्वक एक कार्बोनिल समूह, एक कार्बाक्सिल समूह, एक हाइड्रॉक्सिल समूह और की नाइट्रिक एसिड ऑक्सीकरण प्रक्रिया की प्रक्रिया के द्वारा नैनो कार्बन सामग्री पर अन्य ऑक्सीजन कार्य समूहों में पेश किया जा सकता है कि कैसे सही ढंग से अलग ऑक्सीजन कार्यात्मक समूह के बीच मात्रात्मक वर्णन करने के लिए गतिविधि में अंतर और विभिन्न रासायनिक वातावरण में एक ही ऑक्सीजन कार्य समूहों में गतिविधि, फुकुई फंक्शन का उपयोग करके शोधकर्ताओं के एक सटीक विवरण देने के लिए मुश्किल प्रयोगों के माध्यम से, उत्प्रेरक के बारे में अधिक ऑक्सीजन कार्य समूहों की सह-अस्तित्व की वजह से एक कठिन समस्या है घनत्व कार्यात्मक द्वारा सैद्धांतिक गणना पहले अक्षर परिमाणीकरण ऑक्सीजन कार्यात्मक समूह दिए गए इलेक्ट्रॉनिक क्षमता नुकसान गणना परिणाम की विशेषताएँ मदद कर सकते हैं रासायनिक प्रतिक्रियाशील कार्य समूहों अलग ऑक्सीजन अंतर प्रयोग, प्रतिक्रिया सक्रिय साइटों के साथ काम (रसायन विज्ञान - एक यूरोपीय जर्नल 2014, 20, 7890-7894)।। एक नैनो कार्बन सामग्री नाइट्रोजन कार्यक्षमता पर शुरू की प्रभावी ढंग से बढ़ाया जा सकता है उत्प्रेरक क्षारीय। नैनो कार्बन सामग्री पिरिडीन, pyrrole, चतुर्धातुक नाइट्रोजन के रूप में, ग्रेफाइट नाइट्रोजन एक आम नाइट्रोजन कार्य समूहों है। कैसे बुनियादी विभिन्न नाइट्रोजन कार्यक्षमता भेद करने के लिए उत्प्रेरक गुण का अनुकूलन है कुंजी शोधकर्ताओं एसिड हाइड्रोलिसिस द्वारा प्रोटॉन सोखना और पृथक्करण की गणना के निरंतर, सफलता परिमाणीकरण सटीकता के आकार के चार अलग अलग बुनियादी नाइट्रोजन कार्यक्षमता दिया। परिणाम संकेत दिया, पिरिडीन नाइट्रोजन सबसे बुनियादी कार्यात्मक समूह है, यह निर्धारित किया जाता है कि आधार सक्रिय साइट आधार की प्रतिक्रिया उत्प्रेरित है (भौतिकी। केम। केम। Phys । 2015, 17, 6691-6694।)।

2. कम एल्केन ऑक्सीडेटिव dehydrogenation सक्रिय साइटों, और प्रतिक्रिया पथ की व्यवस्था। ऑक्सीडेटिव dehydrogenation प्रतिक्रिया एक नैनो कार्बन सामग्री उत्प्रेरक रासायनिक प्रतिक्रिया के सबसे सफल आवेदन है। पहली पहली सिद्धांतों ईथेन बिस कार्बोनिल गतिविधि में खुलासा ऑक्सीडेटिव dehydrogenation प्रतिक्रिया मार्ग (जे मेटर। केम। एक 2014, 2, 5287-5294), पता चला उत्थान व्यापक रूप से सूचित सक्रिय साइट प्रतिक्रिया तंत्र से पहले अलग नहीं है और शोधकर्ताओं का प्रस्ताव रखा ऑक्सीजन एक गणना के द्वारा हटाया जा सकता हो सकता है ऑक्सीडेटिव dehydrogenation प्रतिक्रिया में उत्प्रेरक गतिविधि पैरामीटर नैनो कार्बन सामग्री की विशेषता। परिणाम आगे कहा गया है कि कार्बन परमाणुओं की उत्प्रेरक गतिविधि ऑक्सीजन से जुड़ी और प्रयोग व्यक्ति कार्बोनिल समूह को सत्यापित करने के लिए पहले कार्यात्मक समूह पर गौर नहीं ऑक्सीडेटिव dehydrogenation के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है खुशबूदार nanocarbon सामग्री का विश्लेषण करके सक्रिय साइट (.. केम Commun 2014, 50, 11,016-11,019) की प्रतिक्रिया में, कार्बन परमाणुओं की कमी की वजह से एक उत्प्रेरक सक्रिय स्थलों का वर्णन किया उत्पादन किया जाता है सुरभित (रसायन विज्ञान - एक एशियन जर्नल 2016 , 11, 1668-1671)।

3. पैराफिन के प्रत्यक्ष, कम निर्जलीकरण के लिए तंत्र। इस तरह के कार्बन नैनोट्यूब के रूप में हाइड्रोकार्बन के प्रत्यक्ष dehydrogenation एक उत्कृष्ट उत्प्रेरक प्रभाव, नहीं पारंपरिक धातु उत्प्रेरक की तुलना में अधिक है, बल्कि अन्य उत्प्रेरक नैनो कार्बन सामग्री के सापेक्ष में Nanodiamond प्रदर्शन एक बेहतर है स्थिरता और चयनात्मकता पहले सिद्धांतों से गणना की जाती है, उत्प्रेरक सक्रियण बाधा संरचना, हाइड्रोजन बांड, प्रभारी हस्तांतरण पहलू और आकार प्रभाव SP2 के शोधकर्ताओं अद्वितीय कोर-खोल संरचना और nanodiamond @ sp3 के उत्प्रेरक गुण प्रकट संरचना गतिविधि के बीच के रिश्ते, आगे गैर धातु नैनो कार्बन सामग्री और उत्प्रेरक के डिजाइन का अनुकूलन करने में एक सैद्धांतिक समर्थन (एसीएस कटैलिसीस 2017, 7, 3779-3785।) प्रदान करता है।

। 4. नए हाइड्रोजनीकरण उत्प्रेरक की डिजाइन हाइड्रोजन अणुओं का एक रासायनिक प्रतिक्रिया एक महत्वपूर्ण अभिकारक पारंपरिक मुख्य रूप से महान धातुओं का उपयोग कर के रूप में उत्प्रेरक सक्रिय हाइड्रोजन अणुओं शोधकर्ताओं सैद्धांतिक गणना बोरान द्वारा डिजाइन के उत्प्रेरक हताश होकर लुईस जोड़ी अवधारणा का इस्तेमाल किया है -। एन सह doped दोहरी परत ग्राफीन उत्प्रेरक प्रणाली। गणना पता चलता है कि कार्बन सामग्री और उत्प्रेरक महान धातु उत्प्रेरक समान उत्प्रेरक प्रभाव से पता चला है (भौतिकी। केम। केम। भौतिकी। 2016 18, 11,120-11,124)। आगे के अध्ययन का प्रयास किया है आणविक cinnamaldehyde चयनात्मक उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया परीक्षण, cinnamyl शराब, cinnamyl शराब के चयनात्मकता में सुधार करने की एक विधि का वर्णन किया और अच्छा चयनात्मकता हासिल की (ChemCatChem 2014, 6, 3246-3253)।

शोधकर्ताओं ने एक धातु उत्प्रेरक की। कार्यात्मक विनियमन के लिए वेक्टर नकारात्मक अंतर, बोरान और नाइट्रोजन heteroatoms सोने उत्प्रेरक लोड monatomic के लिए प्रदर्शन के कारण बोरान और नाइट्रोजन heteroatoms की। विद्युत नैनो कार्बन सामग्री के कई अलग अलग संरचनात्मक विन्यास का निर्माण । विपरीत चार्ज विश्लेषण के नियमन से पता चला कि नाइट्रोजन doped इलेक्ट्रॉन वाहक से समर्थन धातु परमाणु से स्थानांतरित कर रहा है, वाहक के बोरान-doped इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दिशा विपरीत सोना परमाणुओं इस प्रकार विभिन्न संयोजक राज्यों, जो सीधे दिखा रहे हैं। अभिकारक और कार्बन मोनोऑक्साइड, आणविक ऑक्सीजन और एक बोरान doped सोना परमाणुओं और आणविक ऑक्सीजन वाहक मजबूत बल ;. समर्थन और नाइट्रोजन doped कार्बन मोनोआक्साइड अणुओं में सोने परमाणुओं के बीच अधिक से अधिक बल के बीच विभिन्न बलों और तंत्र में परिणाम । अणुओं के आकार के साथ प्रतिक्रिया कार्बन मोनोआक्साइड अलग वाहकों के ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया पर विभिन्न बलों में परिणाम अलग प्रतिक्रिया तंत्र है। पारंपरिक एलएच और ईआर प्रतिक्रिया तंत्र के अलावा, यह भी एक तीन अणु (त्रि-आणविक) प्रतिक्रिया प्रक्रिया प्राप्त समझ गहरा (जे मेटर। केम। एक 2017, 5, 16,653-16,662) वेक्टर अलावा शोधकर्ताओं के नियमन के लिए ग्राफीन का अध्ययन कैरियर कार्बन नैनोट्यूब पर एकल छेद, एक नाइट्रोजन परमाणु में समर्थित सोने उत्प्रेरक के नियमन के लिए एक डबल गुहा और स्टोन-वेल्स दोष साइटों, और कार्बन नैनोट्यूब की तुलना द्वारा वक्रता प्रभाव (भौतिकी। केम। केम। भौतिकी। 2017 में वर्णित , 1 9, 22344-22354)

6. सामान्य नियम और कार्य समूहों के नियमन के तंत्र। गणना पता चलता है कि एक नाइट्रोजन परमाणु की शुरूआत dehydrogenation प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉन दान ऑक्सीजन कार्य समूहों की क्षमता है, इस प्रकार olefins की desorption बढ़ाने, उत्प्रेरक चयनात्मकता सुधार करने के लिए (रसायन नैनो कार्बन सामग्री में सुधार कर सकते हैं। एशियाई जे 2013 8, 2605-2608।)। नाइट्रोजन परमाणु, कार्बन परमाणुओं की एक बोरान परमाणु अनुपात और एक कम संयोजक इलेक्ट्रॉन के संबंध में डोपिंग, इस प्रकार एक छेद बनाने, छेद परिणाम बताते हैं कि बोरान परमाणुओं सक्रिय ऑक्सीजन के अणु का निर्माण करने के द्वारा उत्पादित किया जा सकता है प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों, formaldehyde के लिए मीथेन की उत्प्रेरक आंशिक ऑक्सीकरण (भौतिक रसायन के जर्नल सी 2013 117, 17,485-17,492)। द्रव्यमान से कम्प्यूटेशनल स्क्रीनिंग, शोधकर्ताओं ने पाया कि कार्बन सामग्री उत्प्रेरक पर कार्य समूहों dehydrogenation बीईपी नियमों का पालन किया है, और कार्बन हाइड्रोजन बांड ऊर्जा बाधा है और यह भी रैखिक संबंध से तोड़ने (नेनो पैमाने 2015, 7, 16,597-16,600)।

अनुसंधानों के परिणामों में एसीएस कटैलिसीस, नेनो पैमाने जे मेटर। केम। ए, रसायन। कॉम। और दूसरी पत्रिकाओं में प्रकाशित किया गया है, रासायनिक संचार में प्रकाशित किया। चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन, उत्कृष्ट विद्वान धातु से अध्ययन समर्थित किया गया एक फीचर लेख के नवीनतम परिणाम प्रोजेक्ट, सिनोपैक, स्टेट सुपर गुआंगज़ौ केंद्र वित्तपोषण।

चित्र 1 (क) नैनो कार्बन सामग्री आम ऑक्सीजन कार्यात्मक समूह (ख) एक ऑक्सीजन कार्यात्मक समूह के लिए आत्मीयता के आदेश

चित्रा 2. मोनो-कार्बोनिल समूहों पर प्रोपेन के ऑक्सीडेटिव डेहाइड्रोजनेशन

ईथेन dehydrogenation प्रतिक्रिया सूक्ष्म गतिशीलता प्राप्त गणना के ऑक्सीकरण से चित्रा 3. काइनेटिक मापदंडों। (ए) पूर्व घातीय कारक (ख) प्रतिक्रिया संतुलन निरंतर (ग) आवृत्ति रूपांतरण प्रतिक्रिया

चित्रा 4. हाइड्रोजन अणु सक्रियण तंत्र

अंजीर कोर-खोल नैनो हीरा 5. sp2 @ sp3 की संरचना और उत्प्रेरक गुणों के बीच योजनाबद्ध संरचना गतिविधि संबंध

चित्रा 6. कार्बन nanomaterials के ऑक्सीडेटिव dehydrogenation