Como una clase importante de catalizadores no metálicos, nanotubos de carbono, diamante, material nanocarbono grafeno en el catalizador exhiben comparable o en muchas reacciones catalíticas la actuación catalítica sobre catalizador de metal tradicional. Oxígeno, nitrógeno, boro, azufre, etc., es nanocarbono el factor clave en importantes preguntas científicas grupos funcionales comunes en la superficie del material, sino que también se regulan propiedades catalíticas. comprensión y resumen la naturaleza química y la actividad catalítica de los grupos funcionales de la superficie es para optimizar aún más el desarrollo de material de nano-carbono y el catalizador.
Recientemente, el Instituto de Investigación de metal, material catalítico Asociado de Investigación Bo, y otros investigadores utilizando Su Dangsheng primer cálculo principio y la química cuántica, a partir de la naturaleza química de los grupos funcionales de la superficie, explica en detalle el oxígeno, nitrógeno, boro , azufre y otros grupos funcionales en la deshidrogenación de alcanos, oxidación de monóxido de carbono, la reducción de oxígeno, la catálisis de hidrogenación selectiva y otras reacciones catalíticas, y las reglas generales mecanismo y la regulación de grupos funcionales superficiales resumen, como sigue:
1. Las ganancias y pérdidas de capacidad de electrones y oxígeno pH y nitrógeno grupos funcionales pueden ser introducidos con éxito en un grupo carbonilo, un grupo carboxilo, un grupo hidroxilo y otros grupos funcionales de oxígeno en el material de nano-carbono por el procedimiento de proceso de oxidación de ácido nítrico de cómo describir con precisión cuantitativa entre diferentes grupo funcional de oxígeno la diferencia en la actividad y la actividad en los mismos grupos funcionales de oxígeno en diferentes ambientes químicos es un problema difícil debido a la coexistencia de más grupos funcionales de oxígeno en el catalizador, por medio de experimentos difícil dar una descripción precisa de los investigadores que usan la función de Fukui, por la densidad funcional cálculos teóricos dado primera letra del grupo funcional de cuantificación oxígeno caracterizan la pérdida de capacidad de los resultados de cálculo electrónico puede ayudar a los grupos funcionales químicamente reactivos trabajan con experimento diferente diferencia de oxígeno, los sitios activos de reacción (química - un European Journal 2014, 20, desde 7890 hasta 7.894).. introducido en una funcionalidad material de nano-carbono nitrógeno puede ser incrementada efectivamente catalizador alcalino. materiales nano-carbono como piridina, pirrol, nitrógeno cuaternario, nitrógeno grafito es un nitrógeno común grupos funcionales. cómo distinguir la funcionalidad básica de nitrógeno diferente es optimizar las propiedades catalíticas Los investigadores tuvieron éxito al usar cálculos de adsorción de protones y constantes de disociación ácida Tamaño de la precisión de cuantificación dado cuatro radical nitrógeno básico diferente. Los resultados indicaron, el nitrógeno de la piridina es el grupo funcional más básica, se determina que la base de la reacción catalizada de la base del sitio activo (Phys. Chem. Chem. Phys 2015, 17, 6691 - 6694).
2. sitios de baja alcano deshidrogenación oxidativa activos, y el mecanismo de la ruta de reacción. Reacción de deshidrogenación oxidativa es la aplicación de más éxito de una reacción química catalizador material de nano-carbono. Los primeros de primeros principios dados a conocer en la actividad bis carbonilo etano ruta de reacción de deshidrogenación oxidativa (J. Mater. Chem. un 2014, 2, 5287 a 5294) informado ampliamente mecanismo de reacción en el sitio activo, reveló la regeneración no es diferente antes y investigadores propusieron oxígeno puede ser removido por un cálculo se puede Caracterización del material de nano-carbono parámetro actividad del catalizador en la reacción de deshidrogenación oxidativa. los resultados observó además que la actividad catalítica de átomos de carbono unido al oxígeno y no se nota en el grupo funcional antes del experimento para verificar el grupo carbonilo individuo puede ser utilizado como la deshidrogenación oxidativa en la reacción de sitio activo (.. Chem Commun 2014, 50, 11016-11019) mediante el análisis de material de nanocarbono aromático, describe un catalíticos sitios activos debido a la reducción de los átomos de carbono se produce aromático (Química - un Asian Journal 2016 , 11, 1668 - 1671).
3. Mecanismo de bajo deshidrogenación directa, de parafinas. Rendimiento nanodiamantes en la deshidrogenación directa de alcanos un excelente efecto catalítico, no más que los catalizadores de metal tradicionales, sino también en relación con otros materiales nano-carbono catalizador tal como nanotubos de carbono tienen una mejor la estabilidad y la selectividad se calcula de primeros principios, los investigadores de la estructura de la activación del catalizador de barrera, enlace de hidrógeno, aspecto de transferencia de carga y el tamaño del efecto sp2 revelan la estructura de núcleo-envoltura única y propiedades catalíticas de nanodiamante @ sp3 La relación estructura-actividad proporciona un soporte teórico para el posterior diseño y optimización de catalizadores para nanomateriales de carbono no metálicos (ACS Catalysis 2017, 7, 3779-3785).
. 4. Diseño de nuevo catalizador de hidrogenación es una reacción química de moléculas de hidrógeno es un reactante importante convencionalmente usando principalmente metales nobles como catalizadores activados de hidrógeno moléculas investigadores utilizaron catalítica frustrado concepto Lewis Par de diseño por el boro cálculo teórico -. N co-dopado bicapa sistema catalizador grafeno. cálculos muestran que el material de carbono y el catalizador de catalizador de metal noble mostraron efecto catalítico similar (Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, desde 11.120 hasta 11.124). otros estudios han intentado la prueba de reacción de hidrogenación catalítica selectiva cinamaldehído molecular, describe un método para mejorar la selectividad de alcohol de cinamilo, alcohol de cinamilo y logra buena selectividad (ChemCatChem 2014, 6, 3246-3253).
El vector para la regulación funcional de un catalizador de metal. Investigadores construyeron varias configuraciones estructurales diferentes del material de nano-carbono de boro y nitrógeno heteroátomos. Electricidad debido a la diferencia, de boro y nitrógeno heteroátomos rendimiento del catalizador de oro negativo para el monoatómico carga . la regulación del análisis carga opuesta mostró que el electrón dopado con nitrógeno se transfiere desde el soporte al átomo de metal de soporte; dirección de transferencia de electrones dopada con boro de la portadora opuesto a los átomos de oro por lo tanto exhiben diferentes estados de valencia, que directamente. resultado en diferentes fuerzas y mecanismos entre el reactivo y el monóxido de carbono, oxígeno molecular y una mayor fuerza entre el soporte y los átomos de oro en las moléculas de monóxido de carbono dopados con nitrógeno ;. un dopado con boro átomos de oro y fuerza portador de oxígeno molecular más fuerte . la reacción con el tamaño de las moléculas resultan en diferentes fuerzas sobre la reacción de oxidación de monóxido de carbono diferentes portadoras tienen diferentes mecanismos de reacción. Además de LH tradicional y mecanismo de reacción ER, también encontró un tres moléculas mecanismo de reacción (tri-molecular) profundizado la comprensión (J. Mater. Chem. un 2017, 5, 16653 a 16.662) para la regulación de los investigadores suma de vectores estudiaron el grafeno Portadora simple-agujeros en el nanotubo de carbono, un doble cavidad y Piedra Gales sitios de defecto para la regulación de catalizador de oro soportado en un átomo de nitrógeno, y mediante la comparación de los nanotubos de carbono describen efecto curvatura (Phys. Chem. Chem. Phys. 2017 , 19, 22344 - 22354).
6. reglas y mecanismos de regulación de grupos funcionales generales. Los cálculos muestran que la introducción de un átomo de nitrógeno puede mejorar material de nano-carbono donador de electrones capacidad de los grupos funcionales de oxígeno, mejorando así la desorción de olefinas, para mejorar la selectividad del catalizador (Chem en la reacción de deshidrogenación. Asian J. 2013, 8, 2605-2608.). dopaje con respecto al átomo de nitrógeno, una relación de átomos de boro de átomos de carbono y uno menos electrón de valencia, creando así un agujero, los resultados agujero muestran que los átomos de boro pueden ser producidos por las moléculas de oxígeno activados para producir especies reactivas del oxígeno, la oxidación catalítica parcial de metano a formaldehído (Journal of Physical Chemistry C 2013, 117, 17485-17492). cribado computacional en masa, los investigadores encontraron que los grupos funcionales en el catalizador de material de carbono siguen las reglas BEP de deshidrogenación, y el carbono La distancia de ruptura del enlace de hidrógeno también es lineal con la barrera de energía (Nanoscale 2015, 7, 16597-16600).
resultados de la investigación se han publicado en ACS Catálisis, nanoescala J. Mater. Chem. A, Chem. Comm. Y otras revistas, los últimos resultados de una característica artículo publicado en Chemical Communications. El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el metal destacado erudito Proyecto, Sinopec, el financiamiento del centro estatal de Super Guangzhou.
Figura 1. (a) Grupos funcionales de oxígeno comunes en materiales de nanocarbono (b) Orden de afinidad de grupos funcionales de oxígeno
Figura 2. Deshidrogenación oxidativa de propano sobre grupos monocarbonilo
Figura 3. Los parámetros cinéticos mediante la oxidación de reacción de deshidrogenación de etano dinámica microscópica cálculo obtenido. (A) el factor de pre-exponencial (b) la constante de equilibrio de la reacción (c) la reacción de conversión de frecuencia
Figura 4. Mecanismo de activación de la molécula de hidrógeno
Figura 5. Diagrama esquemático de la relación estructura-actividad entre la estructura core-shell sp2 @ sp3 de diamante nanodimensional y el rendimiento catalítico
Figura 6. Deshidrogenación oxidativa de nanomateriales de carbono
