זרזים בתפקודי B מייצגים מעמד מתוחכמת של חומרים קטליטיים שנועדו לבצע שני שינויים כימיים נפרדים - הידרוגניציה ואיזומריזציה - עם צעד תגובה יחיד.על ידי שילוב אתרי מתכת וחומצה פעיל לתוך אחד מורכב, אלה זרמי זרמי זרמי זרקורים הנדרשים באופן מסורתי שלבים נפרדים, המציעים רווחים משמעותיים ביעילות,סלקטיביות, צריכת אנרגיה שלהם.

עקרונות יסוד של פסיכואנליזה בתפקוד

המושג של פונקציונליות דו-פומית בקטאליזה יצא מן הצורך להתגבר על מגבלות קינטיות ותרמודינמיקה שעולים כאשר התגובות מבוצעות באופן משמעותי.בתהליכי ריבוי מתקדמים קונבנציונליים, יש להעביר ביניים בין כורים, לעתים קרובות הדורשים חימום, קירור, וצעדי הפרדה אשר מגבירים את ההון ואת עלויות התפעול. B-functional זרזים אלה על ידי הצבת פונקציות קטליטיות קרוב על תמיכה אחת, ומאפשרים להמשיך את הפחתת הפחתת התאונות דרכים לבודדות.

שני התפקידים העיקריים במתכת של מימן-האיזור דו-תפקודי הם רכיב מימן / הידרוגנציה, בדרך כלל מתכת אצילית או מעבר (למשל, פלטינה, שיתוק, שיתוק, ניקל, או cobalt), ורכיב של בידוד, בדרך כלל תמיכה חומצית (כגון זאולימיטים, אח-אלינה, או tstateated rcicated) של אתרי מתכת אלה הוא מקדם את רמות מתכת או ממתכת כפולה.

המנגנון בדרך כלל עוקב אחר מסלול דו-תפקודי: המצע הראשון אינטראקציה עם אתר מתכת כדי ליצור ביניים לא רווי (למשל, אולוף מ alkane), אשר לאחר מכן מטבול לאתר חומצי שבו הוא מחלחל.ה ביניים המוטבע עשוי לחזור לאתר מתכת עבור מימן סופי.

תובנות מכניות לתוך מימן רב-לשונית ו-Isomerization

הידרוגנס באתר Metal Sites

הידרוגנס כרוך תוספת של מימן על פני אג"ח לא רווי (C=C, C ⁇ C, C=O, C=N) על משטחי מתכת, מולקולות מימן מתפוגגות לאטומי מימן מחוסנים, אשר לאחר מכן להעביר את תת-התתתת באופן מנטאלי, עבור גירוי רחב יותר, המתכת לעתים קרובות ממלאת תפקיד dehydrogenation, מופשט ממולקולה רוויה כדי ליצור אטומים של חומר ביניים, לאחר מכן, כגון גירוי, כגון גירוי, לאחר מכן, כדי למנוע תופעות לוואי של זיהום מתכת.

Isomerization באתר Acid Sites

Isomerization באתרי חומצה מתקדם באמצעות ביניים carbocation.התמיכה חומצית מספקת פרוטונים (אתרי חומצה Brønsted) או אתרי חומצה לואיס שיכולים בדרך כלל hydride או מקוטבים אג"ח כפול.עבור ביניים אולטרה-פימי, protonation מייצרת חומציות משנית או מטריבית, אשר יכול לעבור שינוי לחות, משמרת אלקל, או לגוון, לאחר מכן הוא חלש יותר מדי לחץ דם, הוא לחץ דם חזק.

מתכת-Acid Proximity ואפקטיה על ביצועיו

המרחק בין אתרי מתכת וחומצה יש השפעה עמוקה על קצב התגובה הכולל וסלקטיביות.כאשר אתרי מתכת וחומצה נמצאים במגע אינטימי (מאזניים), ביניים שנוצרו באתר אחד במהירות נודדים אל השני, מצמצם תגובות משניות.conversely, הפרדה גדולה יותר (סקאלה מיקרוסקופית) להוביל לנתיבים דיפוזיה ארוכים יותר והסתברות מוגברת של תגובות צד כגון oligomerization או coke מודרני.

סוגים של Catalysts B-functional עבור הידרוגנס - אימגשיזציה

מגוון רחב של חומרים פותחו לשמש זרזים דו-תפקודיים, כל אחד עם יתרונות ספציפיים בהתאם התגובה המטרה ואת תנאי התפעול.שלושת המעמדות העיקריים הם זרזי מתכת, זרזי בסיס מתכת, ומערכות תחמוצת מתכת-מטאל תחמוצת דו-תפקודית.

Metal-Acid Bi-functional Catalysts

זהו הסוג הנפוץ ביותר, במיוחד עבור הידרואיזוריזציה של אלקנס ושדרוג של מאגרי ביו.

  • (FLT:0)Pt/zeolite: FLT:1 , פלטינום נתמך על זאוליטים כגון ZSM-5, Beta, USY, או mordenite. Zeolites לספק חומציות Brønsted חזקה ונפיחות selective בצורת כי מעדיף היווצרות של מונו-מוחות או רב-מוחות הוא יעיל מאוד עבור, Pt / H-H-H-H-H-H-a יעיל עבור רכיבי בנזין C7Certh הוא יעיל מאוד עבור רכיבי C.
  • (FLT:0)Pd /amorphous silica-alumina: FLT:1 Carbon על amorphous silica-alumina (ASA) מציע חומציות נמוכה יותר מאשר זאוליטים, צמצום סדק במזונות כבדים.זה זרז המשמש לייצור שמנים בסיס עבור lubricants.
  • (FLT:0) Ni-Mo/W sulfides על תמיכה חומצית:FLT:1 ב הידרו-מעבדות של שברירי נפט, Ni-Mo או Ni-W sulfides לפעול כמו אתרי מימן, בעוד alumina או zeolite תמיכה מספק חומציות קלה. זרזים אלה מבצעים הידרוגדוריזציה במקביל, מימן, והואמרון בכור יחיד.

Metal-Base Bi-functional Catalysts

בסיס-קטליזד הוא פחות נפוץ אבל חשוב לתגובות כגון הגירה כפולה בשומן לא רווי או אטומיזציה של גלוקוז כדי fructose.כאן, מתכת (למשל, Ru, Ni) משולב עם תמיכה בסיסית כגון MgO, hydrotalcite, או Mg-Al זרז מעורב.

Metal-Metal Oxide Bi-functional Catalysts

כמה תחמוצות מתכת יש חומציות לואיס שיכולה קטאזה של אלומיניום ללא אתרים חזקים Brønsted. לדוגמה, tungstated zirconia (WOx / ZrO2) בשילוב עם פלטינה הוא זרז יעיל עבור הידרוסמוניזציה של n-butane ו n-pentane. ⁇ מספק חומציות בינונית כי מקדם שלד כפול הוא זרז יעיל עבור miniomizing של ננומטרה היה לחקור באופן דומה.

סינתזה ואופייזציה של Catalysts B-functional

הכנת זרז דו-תפקודי עם פיזור מתכת מבוקר, צפיפות אתר חומצי, וקרבה דורש שיטות סינתטיות מתוחכמת.הדרכים הנפוצות ביותר כוללות אי-דיוקנות בלתי-מסוגת, החלפת יון, התחמשות, וצמיחה ייחודית של חלקיקים מתכת על תמיכה טרום תפקוד.

  • (FLT:0) אי-הההתמדה: ⁇ 1 (הפתרון של מבשר המתכת (למשל, H2PtCl6, Pd(NH3)4Cl2) נוסף להפחתה של תמיכה יבשה עד שהפודים מלאים.לאחר הייבוש וההקפאה, המתכת מופחתת לצורה הפעילה שלה.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)-התחמשות: FIRLT:1) המתכת מודבקת בתמיכה על ידי הגדלת ה- pH לאט. שיטה זו לעתים קרובות מעניקה התפלגות גודל חלקיקים צרים ואינטראקציה חזקה של תמיכה מתכת.
  • (FLT:0) סינתזה ו graftingmia:FLT 1:1 חלקיקים מתכת מבוזרים ממוגדרים מחוברים לתמיכה באמצעות קישורים דו-תפקודיים או אינטראקציה אלקטרוסטטית, המאפשר שליטה מדויקת על גודל חלקיקים ומיקום ביחס לאתרים חומציים.

טכניקות אפיון הן חיוניות לקשור מבנה זרז עם ביצועים.שיטות נפוצות כוללות:

  • אבקת X-ray diffraction (XRD) כדי לזהות שלבים גבישיים להעריך את גודל גבישי מתכת.
  • physisorption to Measure פני השטח, נפח נקבוב, והתפלגות גודל pore.
  • Transmission אלקטרוני microscopy (TEM) כדי לדמיין גודל חלקיקים מתכת, צורה, הפצה.
  • ⁇ CO ⁇ כדי לכמת שטח משטח מתכת חשוף.
  • Ammonia טמפרטורה-program desorption (NH3-TPD) ו pyridine-adsorbed FTIR כדי לקבוע צפיפות אתר חומצה סוג (Brønsted לעומת לואיס).
  • סולידריות-מדינה NMR (למשל, 27 אל, 31P MAS NMR) כדי ללמוד סביבה מקומית של אתרי חומצה.

טכניקות מתקדמות כגון אופרות ה- IR או X-ray ספיגה ספקטרוסקופיה יכולות לפקח על מצב זרז בתנאים תגובה, מתן תובנה על מינים פעילים ומנגנוני טיהור.

יישומים תעשייתיים של Catalysts B-functional

סירוב פטרוכימי: הידרוסומרציה של אור נפילה

בחזרת שמן, האיזור של C5 / C6 alkanes הוא קריטי להגביר את מספר octane של בנזין. ישר שרשרת העטטון והואxane יש דירוגים נמוכים, בעוד המכשול שלהם (מתפתח), הוא מופעל על ידי זרז Psy) נמוך יותר (מתאים) כלומר, הוא פחות או יותר) פועל על פני טמפרטורות דלקתיות (px2x) נמוך יותר.

ייצור שמן בסיס לובריקניט

חלקיקים כבדים נוכחים שמן גז ואקום או דילטים שעווה חייב להיות מומר כדי לשפר את תכונות זרימת קר (נקודת זמן, נקודה ענן) תוך שמירה על אינדקס מולטי גבוה.B-functional Ni-Mo sulfide זרזים על תמיכה חומצית משמשים בתהליכים הידרוסימוריזציה.

תרופות ו- Fine Chemical Synthesis

בתעשיית התרופות, ההכנה של אסימונים chiral לעתים קרובות דורשת מימן סלקטיבית ואיזומריזציה. זרזים בתפקודיים יכולים לבצע טרנספורמציה סימטרית כאשר מתווך chiral הוא פרסומות מוקרן על פני השטח המתכת. לדוגמה, חלקיקים נתמכים על הגירה בינונית ודלקתיים אחרים משמש עבור מימן של ⁇ dicials כגון zeolites ⁇ rication של sicialustras.

פסיכואנליזה סביבתית: הידרודה אוקסגנס ואימגיזציה של מאגרי הביולוגיים

שמנים בעלי עוצמה ביולוגית (למשל, מ-pyrolysis או הידרו ליקפציאקציה) מכילים תוכן חמצן גבוה, אשר חייב להיות מופחת לייצר דלקים טיפות. זרזים B-functional עם מתכת (Ni, Co, Mo) ואת אתרי חומצה (zeolite, Al2O3) בו זמנית מימן המכיל קבוצות המכילות חמצן המכילות (hydroxygenation) ולהפחית את מספר זה כדי לשפר את יעילות פחמן ומשתלב.

אתגרים בפיתוח B-functional Catalyst

למרות היתרונות שלהם, זרז דו פונקציונליים להתמודד עם כמה מכשולים טכניים.FLT:0Deactivation על ידי cokingFLT 1 נשאר נושא עיקרי, במיוחד עבור אתרי חומצה חזקים שיכולים לזרז oligomerization של ביניים אולטרה פיסקלי. coke deposition חוסם הן אתרי מתכת וחומצה, בהדרגה צמצום הפעילות כדי להפחית את קוגניציה כולל מטבולית כדי לאפשר איזון מהיר של זמן סגסוגת.

(FLT:0) מטלטל חטאים של 1FLT בנוכחות התומך חומצי בטמפרטורה גבוהה מפחית פעילות מימניזציה. Stabilization באמצעות אינטראקציות תמיכה מתכת חזק או encapsulation בתוך גבישים זאוליטיים (למשל, Pt@zezeolite הליבה-shell) יכול לשפר יציבות תרמית.

(FLT:0Selectivity ControlFLT:1) הוא אתגר נוסף.בעוד שהאיזור הוא הרצוי, חומציות מוגזמת או טמפרטורה גבוהה יכול להוביל לפצח (C-C-C אג"ח cleavage), לייצר גזים קלים וצמצום התשואות הנוזליות.הכוונון זהיר של כוח ומרחק מתכתי נדרש כדי לדכא תוך שמירה על קצבי החממה האחרונים משתמשים במערךי מתכת של חלקיקים הנמצאים במרחקים משכבת חלקיקים ספציפיים של חלקיקים או משכבות אטומיים הנמצאים הנמצאים במרחקים במרחקים במרחקים במרחקים במרחקים במרחקים מגובה של חלקיקים או מגובה של חלקיקים אטומיים באמצעות אטומיים במרחק של חלקיקים או מגובהם של חלקיקים או מגובה של חלקיקים.

(FLT:0) הרעלה על ידי תרכובות sulfur וחנקן חנקן 1) באכילה תעשייתית יכול לבטל הן אתרי מתכת והן חומצה. מתכות נובל כמו Pt רגישים במיוחד כדי לפורץ, הדורש טיפול מוקדם או שימוש במכות סובלניות כמו Ni או Co. עבור אתרי חומצה, מודעות חנקן בסיסי מאוד וחסומי, טמפרטורות גבוהות יותר להפעיל כל כך טמפרטורות חסונים או חסונים או חסונים.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

מחקר בזרזים דו-תפקודיים נע לכיוון הנדסה ננומטרית ועיצוב רציונלי.הבדיקה גבוהה ולמידה של מכונות מועסקים כדי לזהות שילובים אופטימליים של מתכת בתנאי תגובה.FLT:0Single-atom (זרזים) גבוה דרך חישובים 1 (SACs), שבו אטומי מתכת מבודדים מעוגנים על התמיכה, מציעים את ניצול המתכת האולטימטיבי וניתן לספק ייחודי אופטימיזציה מימן-דלקתיים עבור קבוצות פחמן-דלקת ריאות הוא בחירתומטרה הוא קבוצות פחמן.

(FLT:0) zeoliteszeolites Fancy:1 עם שני מיקרופוחיות ומנופינים להפחית את המגבלות דיפוזיה עבור תת-סטריטים מסיביים, המאפשר את ההנצחה של אלקנס ארוך שרשרת, שמן ביולוגי, וטריגליצרידים.שלב היררכי ZSM-5 עם חלקיקים קטנים נכנעים עם זרזים עם פעילות גבוהה של שומן משומן.

(FLT:0) אנזימים דו-אופטימיים דו-תפקודיים (אנ') 1 פותחים היכן שמתכתנוזימיות מלאכותיות משולבות עם תמיכה פונקציונלית חומצה לביצוע שינויים סלקטיבית מאוד בתנאים קלים.אלה עשויים למצוא יישומים בסנתזת פרמצבטית שבה סטריאוכימיה היא קריטית.

לבסוף, (FLT:0) מרכיבים בעלי יכולת חיים וקרקע-Abundundant Elements1 מחליפים מתכות אציליות. Ni-, Co-, ו- Fe-based bi-functional זרז נחקרים באופן נרחב עבור valorization של biomass ו-שדרוג של זרמי הזיכוך.למרות שהפעילות שלהם לעתים קרובות נמוכה יותר משיטות הסינתזה מתקדמות כגון סגסוגת או zeomite (R).

מסקנה

(ב) זרזים פונקציונליים עבור מימן בו-זמנית ואיזוריזציה הפכו לכלים חיוניים בכימיה התעשייתית המודרנית.על ידי מיזוג שני פונקציות קטליטיות לחומר יחיד, הם מאפשרים יותר תהליכים כימיים בר-קיימא ויעילים יותר.המשחק בין אתרי מתכת וחומצה, נשלט על ידי הקרבה, הרכב, ואת ארכיטקטורת התמיכה, מתכתיבים ביצועים כלליים בזרזים זרזים, אופי, ומודלים של חשיבה סביבתית, כמו גם על פני מקורות אנרגיה חזקים יותר, כגון:

(ב) ויקרא (ב) ויקרא:2 (ב) ויקרא (ב) ויקרא יט): "הנושא של שיתוק דו-תכליתי" (ב) הוא מכוסה באופן נרחב בכתבי עת כגון: ⁇ :2Journal of CatalysisFLT 3:5 , ו-FLT:6Chemical Reviews of CatLT 7FLT 7)