הקדמה: התפקיד הקריטי של Catalyst Support Functionalization

קטליזה שוכנת בלב הכימיה התעשייתית המודרנית, המאפשרת מעל 90% מתהליכי ייצור כימיים ומשחקת תפקיד חיוני בהמרות אנרגיה, תיווך סביבתי, וייצור של כימיקלים יפים, בעוד שהתמקדות רבה הושמה היסטורית על שלב המתכת הפעיל או ה- תחמוצת, התמיכה בזרז היא מכריעה במידה שווה בקביעת הביצועים הכוללים של ייצוב וייצוב המרכיב הפעיל, אך גם תכונות אלקטרוניות, תחבורה, ותגובה להשפעות פונקציונליות גבוהה יותר של Catalyst.

הבנה של Catalyst תומך Surface Functionalization

פונקציונליות פני השטח מתייחסת לשינוי כימי או פיזי מכוון של פני השטח של חומר תמיכה להציג קבוצות פונקציונליות ספציפיות, nanostructures, או שכבות ציפוי. שינויים אלה נועדו לשנות את הכימיה של פני השטח של התמיכה, תכונות טקסט ואינטראקציות עם השלב הפעיל ותגובה חומרים תמיכה נפוצים ביותר כוללים silica (SiO2), alumina (Al2O3), פחמן (פחמן, צינורות פחמן, פחמן, צינורות פחמן, פחמן, פחמן, פחמן, פחמן, צינורות פחמן, פחמן, פחמן, photzeolites).

מדוע חשובות התפקוד

פני השטח הגולמי של תמיכה זרז לעתים קרובות מספק רק שליטה מוגבלת על פיזור מתכת, מבנה אלקטרוני ונתיבי תגובה.Bet silica או alumina משטחים מכילים קבוצות silanol או aluminol שיכולים לפעול כמו אתרי עוגן חלשים, אבל הם לא מציעים את המידות המדויקות הדרושות עבור יישומים קטליטיים תובעניים משופרים של , 000 מוטציות או אורגניות, אשר משמשות מגנטיות תמיכה מגנטית, אפילו תכונות מתכתיות חזקות יותר.

סוגים של תמיכה ואמינות

  • (FLT:0)Silica:FLT 1 עשיר בקבוצות סילנוול פני השטח, סיליקה מופעלת בקלות באמצעות כימיה סלינית (למשל, aminopropyltrimethoxysilane, mercapropyltrimethoxysilane). החומרים וכתוצאה מכך למצוא שימוש מימן, חמצון, ותגובה הפיכה.
  • (FLT:0) Alumina:FLT:1 Amphoteric פני השטח הידרוקסיל קבוצות מאפשרות פונקציונליות חומצית ובסיסית. חומצות פאזופוניות, אוברוזיות, וציפוי תחמוצת מתכת הם נפוצים.
  • (FLT:0)Carbon:BuildFLT:1) ניתן לחמצן את רשת הפחמן sp2 כדי להציג carboxyl, פחמן וקבוצות הידרוקסיל, או עם מלחי דיזון ופולימרים. פחמן תומך הם יציבים בתקשורת חומצית ובסיסית, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור אלקטרוקטאליזה.
  • (FLT:0) מיטל תחמוצות (TiO2, ZrO2, CeO2): ההרחבה 1 (התומךים האלה לעתים קרובות יש אתרי חומצה לואיס שניתן לשנות על ידי חומצות phosphonic או carboxylic. פונקציונליות מסייעת לשלוט במשרות חמצן והתנהגות Redox.
  • (FLT:0) זאלולטים ו-MOFs:03F: ⁇ 1) תומך ב- Micro ⁇ להציע בחירה צורה; פונקציונליות יכולה לכוון גודל פואר ולהציג אתרים קטליטיים בתוך הערוצים.

שיטות של Surface Functionalization

הבחירה של שיטת הפונקציונליזציה תלויה בחומר התמיכה, הפונקציונליות הרצויה, דרישות היישום.מתודולוגיות מסווגות באופן רחב לקטגוריות כימיות, פיזיות ותרמיות, עם גישות היברידיות רבות הניבות את השליטה הטובה ביותר.

טיפול כימי

טיפול כימי כרוך נפיחות דומה או chemisorption של מולקולות פונקציונליות על פני השטח התמיכה (FLT:0) ניטמיזציה (Silanization FLT) 7 היא הטכניקה הנפוצה ביותר עבור silica ו- oxide אחרים תומך.orgosilanes של הנוסחה הכללית R-Si(OR) להגיב עם קבוצות הידרוקסיל כדי ליצור קשרים חזקים Si-Oi Common (R) כולל OHNV).

טכניקת הדבקה גופנית

שיטות פיזיות אינן כרוכות באיגרות חוב כימיות אך מסתמכות על כוחות ואן דר וואלאס, אינטראקציות אלקטרוסטטיות, או שכבת שכבת שכבת שכבת שכבתיות (FLT:0Atomic Layer deposition (ALD) זרז 1:1 מציע שליטה בקנה מידה אטומית על פיזור של תחמוצת מתכת דק או סרטי מתכת על גבי LT2O3 על אחליקה, לדוגמה, יכול ליצור ציפוי של 3D) אשר משמש לעתים קרובות סגסוגת של חלבון ו-Fin מחסנים של חלבון:

טיפול נמרץ

(התמיכה באטמוספירה מבוקרת יכולה לגרום להרס פני השטח, הדה-הידוקסלציה, או הפחתת חלקי.FLT:0CalcinationFLT:1 באוויר מסיר תבניות אורגניות ומייצב את פני השטח.

השפעות על פעילות Catalyst

פונקציונליות חיצונית משפיעה על ביצועי קטלליטית באמצעות מנגנונים מרובים מקושרים.האפקטים המשמעותיים ביותר הם על זמינות אתר פעיל, מבנה אלקטרוני,סלקטיביות ויציבות.

הגדלת זמינות האתר Active Site ו Dispersion

קבוצות פונקציונליות פועלות כ-FLT:0 (anchoring Points) ל- 1 (מבשרי מתכת, מניעת הדבקה במהלך התערוכה והפעלה מאוחרת.לדוגמה, קבוצות amine על סיליק לתאם חזק ציוני מתכת אציליים (למשל, Pd2+, Pt4+), המוביל חלקיקים מבוזרים מאוד לאחר הפחתת מחקרים הראו כי משככי תפקודים יכולים לשפר את רמות ה-SBADLCDLCD, בעוד ש-DLCD, לעומת 2, 000 פיזור יעיל יותר, בעוד ש-R, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, פיזור יעיל יותר, לעומת זאת, סטיות יותר, פיזור יעיל יותר, בעוד ש-D, סטיות יותר, סטיות יותר, , , , סטיות יותר, , , , סטיות יותר, סטיות יותר, , סטיות, , , סטיות יותר, , סטיות יותר, סטיות יותר, סטיות יותר, , , , סטיות יותר, סטיות, סטיות יותר, , סטיות, סטיות, סטיות יותר, סטיות, סטיות, סטיות יותר, סטיות יותר, סטיות יותר, סטיות סטיות

שינוי תכונות אלקטרוניות

המצב האלקטרוני של המתכת הפעיל מושפע עמוקות מהקבוצות המקיפה והתפקודיות. קבוצות אלקטרון-דוטינג (למשל, NH2, OH) יכולות להגדיל את צפיפות האלקטרונית על המתכת, שיפור הפעילות לתגובות הדורשות מרכזי אלקטרו-עשירים אלקטרונים, כגון CO-חמצן או olefination.converse, אלקטרונים-etation Group (למשל, מתכת, NO2SO) אשר ניתן גם לבצע שימוש ב-CDC-HSI-OCTI-D.

שיפור אפשרויות באמצעות כימיה Surface Chemistry

פונקציונליות יכולה להניע תגובות למוצרים הרצויים על ידי הצגת אתרים מסוימים של חומצה או מגבלות סטרקטיבית (FLT:0) תמיכה פונקציונלית-תפקודית של ®FLT:1 (Sulfonic, phosphoric) לקדם את הדה-דלקת, isomerization, ו-Frafel-Crafts alkation מוביל;2Base-al תומך ב-Flicaal-Perfectsalative Supporteramicial Support (מרפאהמתקמין) ו-Perfectation) כדי להפעיל תמיכה ב-Cunateration (מחדשהמתיקים) תמיכה ב-Cunated) ו-Craftation) ב-Craftation) תמיכה ב-Craftation) ב-Clauateiceration (מחדשהמתיקים, לעומת תמיכה ב-Craftation) ב-Craftation) ב-Craftation) לאחר תמיכה ב-Craftation (מחדשהת-Craftation) תמיכה ב-Craftation, תוך כדי להפעיל תמיכה ב-Craftation) ב-Craftation) תמיכה ב-Craftsated

עידוד יציבות וחיים

Catalyst deactivation באמצעות חיטוי, סלילה או ניתוק הוא אתגר תעשייתי גדול.משטח פונקציונליזציה מקטין את הנושאים האלה בכמה דרכים.חיבור קוה-שוויון של חלקיקים מתכת לתמיכה באמצעות קבוצות פונקציונליות מונע הגירה ופריסה בטמפרטורות גבוהות יותר. in hydrodesulfurization (HDS), alumina מתפקדת תומך בייצוב קו-Mo ו-MoMoreaves, להפחית את הציפוימנטלציה פעילה יותר מאשר קבוצות תפקודיות.

בקרת העברה המונית וידוי

ב- ⁇ תומך, פונקציונליות יכולה לשנות גודל, רטובות, ו- diffusion Pathways.FLT:0Meso ⁇ silicaized עם שרשרת אלקיל ארוכה של שרשראות אלקיל FLT:1 יוצר nanochannels מירכזים אורגניים, הגדלת ריכוזים מקומיים וקצב התגובה.

מחקרים על Surface Functionalization

Amine-Functionized Silica עבור CO Oxidation

(חמצן הוא תגובה מודל ותהליך קריטי עבור בקרת פליטת רכב וטיהור מימן.מחקר על ידי וואנג et al. הראה כי FLT:0;0)-amine-תפקודי SBA-15FLT:1 תומך Pt nanoparticles הציג עלייה של 50% בפעילות החמצן (CDC) בהשוואה ל- SBA-15, אפילו בטמפרטורות נמוכות (50 מעלות צלזיוס) הראו כיבוד של קבוצות אלקטרון (או-F) אשר שימשו פחות פעיל של פעילות גופנית, בנוסף ל-אופטיקה (או-F) של פעילות גופנית, אשר LT2, אשר LT2, אשר , אשר LT2, אשר LT) אשר LT) אשר LT2, אשר , לעומת , אשר , אשר , לעומת , אשר הוכחומתיתיתיתיתוקציה יעילה, בנוסף לתפקודו כמשמעו, בנוסף ל-F) של פעילות גופנית, אשר .

Sulfur-Functionized Alumina עבור hydrodesulfurization

בתעשיית ההקצאה, CoMo/Al2O3 זרז משמש הידרוגדוריזציה (HDS) כדי להסיר את הסגנית משברירי נפט גולמיים.Alumina תומך במתן פעילות מתונה אך סובלים מפעילות מהירה של זרז (FLTS:0Functionalization של ⁇ -Al2O3 עם קבוצות merto Cocapto FLTs) הראו מחקרים מתקדמים יותר לפיזור מתכתי (Ricerv-Flaste-Flaste-Frantation) ו-Flastic) יותר מאשר תמיכה ב-Rication Active Repine-R.

קונסולת ה- Phosphonic Acid Functional Titania for Photocatalysis

TiO2 הוא פוטו-קטליסט נחקר נרחב, אך יעילותו מוגבלת על ידי החזר מטען מהיר וקליטת אור גלויה ירודה.FLT:0Phosphonic acidizationFLT:1 של 32 חלקיקים עם קבוצות אלקטרון-דו-דו-ממדיות משופרות (למשל, חומצה פנופטית) יוצרת מטען ligato-almetal-to-met (LM) נוסף להפחתה של ipine-Fate-Fate-upate) לעומת זאת, לעומת הפחתת רמת ההפחתה של ההפחתה של ה-D2.

צינורות פחמן פונקציונליים עבור אלקטרו-קטאליזה

בהנדסת אנרגיה אלקטרו-כימית, ננו-דופדים פחמן (N-CNTs) משמשים כזרזים ללא מתכת עבור התגובה הפחתת החמצן (ORR) FLT:0Nitrogen FunctionizationFLT:1 באמצעות טיפול תרמי עם אמוניה או melamine מציג גם חומרים קדחתניים, pyolic, ו-Gemic חנקן.

Zeolites עם Acidity מבוקרת עבור Methanol-to-Hydrocarbons

(ה) תהליך methanol-to-hydrocarbons (MTH) על זרז הזאוליקליים הוא רגיש מאוד צפיפות האתר וחוזק.FLT:0Post-syntheticfunctionization של ZSM-503FLT:1 על ידי טיפול פוספטטיבי מעבר באופן סלקטיבי אתרי חומצה פונקציונליים (FLT) תוך שמירה על חומציות Brnsøtedity.

תכונות של תמיכה פונקציונלית

(הבנה) מערכות יחסים מתקדמות בזרזים פונקציונליים דורשות טכניקות אימות-האמנות (FLT:0X-ray phototroscopy) של קרינת CLT1 (XPS) מאמתות את קבוצות הפונקציונליות של שטח ה-NVS) ו-(Factation) של LT2s (R) LT2s) LT2 (R) LT2D) LT2 , LT) .

יישומים תעשייתיים

(ההשפעה של פונקציונליות פני השטח משתרעת על פני מגזרים תעשייתיים רבים.InFLT:0) פיזור פני השטח של פיזור מחדש של סוללות פיזור חומרים תעשייתיים (HDS, HDN) ופצח קטליטי (FLT:2environmental Catalis) אשר מסייע לדלקת חשמלית (FLT) ו-FLT2, תומך בתאים חשמליים המופעלים על ידי ®.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות היתרונות המוכחים, מספר אתגרים מגבילים את אימוץ נרחב של פונקציונליות פני השטח בקטאליזה בקנה מידה גדול.0.Uniformity ו-ReproducibilityFLT:1 נשאר בעייתי; טכניקות רבות של שיבושים נכנעים בכיסוי הומוגני, המוביל ל-Aam-to-batcharyability.FLT:2S רגישות לטמפרטורה ול-LTFreavetreas 3 יכול להוסיף מחלות של 5.

מחקר עתידי נע לכיוון (FLT:0) חישובים מונעים על ידי אופטימיזציה של מעבדים ( 1:1 של פרמטרים של פונקציונליזציה, באמצעות נתונים גדולים מניסויים בעלי ביצועים גבוהים כדי לחזות את הכימיה הטובה ביותר עבור תגובה נתונה.FLT:2in situ ו-Opertando spectroscopy) באופן קבוע יותר של חומרים פונקציונליים (למשל, ambient-pressureSulation, IRigance) , , , ספקטרום של 2.

מסקנה

Catalyst תומך פני השטח פונקציונליות היא גישה תכליתית והשפעה לשיפור פעילות,סלקטיביות, עמידות בקטאליזה הטרוגנית. על ידי בחירה בקפידה של תמיכה, קבוצה פונקציונלית, ושיטת החזקה, החוקרים יכולים להתאים את הסביבה הכימית והפיזית סביב אתרים פעילים כדי לענות על הדרישות של תגובות ספציפיות בתעשייה, גם שיפור ההבנה הגוברת של מערכות יחסים פרוספקטיביות, נתמך על ידי אופי מתקדם ושיטות חישוביות, מבטיח להאיץ את הפיתוח של תהליכים חדשים של זרז, אך לא רק כדי לשפר את הפיתוח של פונקציות סטנדרטיות יותר ויותר.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇