Giriş: Catalyst Destek Fonksiyonelleştirmenin Eleştirel Rolü
Catiyaliz modern endüstriyel kimyanın kalbindedir, kimyasal üretim süreçlerinin %90'ını sağlar ve aktif bileşeni de etkiler, çevresel remediasyon ve iyi kimyasalların üretimine odaklanır.Ne kadar odaklanmanın aktif metal veya metal oksit aşamasına konu olmasına rağmen, katalizör desteğin sadece moleküler düzeyde tertemiz ve dinamik bir şekilde optimize edilmesine ve etkili bir şekilde uygulanmasına olanak sağlar.
Catalyst Destek Yüzey Fonksiyonelizasyon
Yüzey işlevselliği, destek yüzey kimyası veya fiziksel bir destek materyalinin belirli işlevsel grupları, nanoyapıları veya kaplama tabakalarını tanıtmak için kasıtlı kimyasal veya fiziksel modifikasyonunu ifade eder.Bu değişiklikler, destek yüzey kimyası, metin özellikleri ve aktif faz ile etkileşimler ve reaksiyonları içerir.Her malzeme yüzeysel bir kombinasyon sunar (SiO2), bir ışık, karbon (Al2O3), karbon (aktif karbon, karbon nanotüpler, grafikler, titania (TiO2), zirconia (ZrO2), ve zeolitler.
Neden Fonksiyonelizasyon Maddeleri
Bir katalizör desteğinin ham yüzeyi genellikle metal dağılımı, elektronik yapı ve tepki yolları üzerinde sınırlı bir kontrol sağlar. Barolü silik veya ışıklı yüzeyler, zayıf demir siteleri olarak hareket edebilecek, ancak talep edilen kedi-tabilitik uygulamalar için gerekli olan hassaslığı sunar.
Destek türleri ve onların Amenability
- [FONT:0)Silica: [Döntgenlik gruplarının Zengini, silik asitleri ile kolayca işlevselleştirilmiştir (örneğin, aminopropyltrimethoxysilane, paracaptopropyltrimethoxysilane).
- [FONT:0]Alumina:[[Dönetici:0) Amphoteric yüzey hidroxyl grupları hem asit hem de temel işlevselleşmeye izin verir. Phosphonic asitler, organosilanes ve metal oksit kaplamaları yaygındır.
- [FONT:0)Carbon: [Dönetici: [Döntilmiş Karbon Ağı, otomobil kutusuyl, karbonil ve hidroxyl grupları tanıtmak için oksitlenebilir veya diazonyum tuzları ve polimerlerle aşılanır.
- [FONT=0) Metal oksitler (TiO2, ZrO2, CeO2):) Bu, genellikle fosforlu asitler tarafından değiştirilebilecek Lewis asit sitelerine sahiptir.
- [FONT:0]Zeolites ve MOFs:) Mikrogözlülük, formda seçicilik sunabilir; fonksiyonelleştirme, porselen boyutu ayarlar ve kanalların içinde kedialitik siteleri tanıtabilir.
Yüzey Fonksiyonelleştirme yöntemleri
Fonksiyonelleştirme yönteminin seçimi, destek materyaline, istenen işlevsellike ve uygulama gereksinimlerine bağlıdır. Yöntemler, kimyasal, fiziksel ve termal kategorilere geniş ölçüde sınıflandırılmaktadır, birçok karma yaklaşım en iyi kontrolü sağlar.
Kimyasal Tedaviler
Kimyasal tedaviler, silik ve diğer oksit için en yaygın tekniktir, R-Si (OR)3, sağlam Si-O-Silik bağlarını oluşturmak için yüzeysel reaksiyonları sağlar.[D))
Fiziksel Depozisyon Teknikleri
Fiziksel yöntemler kimyasal bağlar içermez, ancak van der Waals kuvvetlerine güvenmektedir, elektrostatik etkileşimleri veya tabaka-katlı montaj.]Ücretsiz tabakaları yeniden yapılandırır (ALD)) ince metal oksit veya metal filmlerin süpürülmesine veya yüzey asitliği için kullanılan bir kaplama oluşturabilir.[D) Örneğin, yüzey asitliği değiştiren ve yeni demirleme siteleri sunar.[D)[D)[D)[Dönlendirme ve elektronun ısıtılması[Düzme ve elektronun ısıtılması[Dönergeme ve elektronun yüksek çözünürlükte)
Termal Tedaviler
Kontrol edilen atmosferdeki destek yüzey yeniden yapılandırmaya, dehidrasyona veya kısmi azalmaya neden olabilir.ETHFLT:0)Calcination) Havadaki organik şablonları kaldırır ve yüzeysel parametreleri stabilize eder.
Catalyst Reaktivite Üzerine Etkileri
Yüzey işlevselleştirme, katalitik performansı birden çok birbirine bağlı mekanizmalar aracılığıyla etkiler. En önemli etkiler aktif site kullanılabilirliği, elektronik yapı, seçicilik ve istikrar üzerindedir.
Aktif Site Erişilebilirliği ve Dispersion
Fonksiyonel gruplar, kontraseptif ve sonraki aktivasyon sırasındaki aminasyonların ortaya çıkmasını engellemek için, küçük asil metal iyonları üzerindeki bir maden grupları (örneğin, Pd2+, Pt4+) daha büyük, yüksek oranda dağınık nanopartiküller için öne sürdüler. Araştırmalar, aminatif SBA-15'in sabit büyüklüğüne sahip 2 nm altında palladium kümelerine ulaşabildiğini gösterdi.
Elektronik Özellikler
Aktif metalin elektronik durumu, CO oxidasyon veya olefin hidrojenasyon gibi metalik yüzeylerde elektron yoğunluğunu artırabilir. Conversely, elektron-ondrawing grupları (örneğin,) C-HSI veya seçici hidrojenolital oksit kaplamaları için daha aktif olan metaller oluşturabilir.
Yüzey Kimyası ile Seçenç Geliştirme
Fonksiyonelleştirme, belirli asit-baz siteleri veya steric kısıtlamalar tanıtarak istenen ürünlere karşı tepkileri yönlendirebilir.:0)Acid-işlevselleştirilmiş destek[Dönetici, imidazole) Knoevenagelforic (sulfiyon) teşvik eder, Michael ek katalizörler ve transification. bifonksiyonlar sırasında, metalikler için bir diğer nedensel reaksiyonları seçebilirler.
Stability ve Lifetime
Mekanik sintering, komplike veya leaching, bu sorunları birkaç şekilde azaltır. Metal nanopartiküllerin metalik gruplar aracılığıyla desteklenmesi, yüksek sıcaklıklarda göç ve kömürün düşmesini engeller.(HDS), sulfurt-etkili bir ışıkla takviye eder.
Mass Transfer ve Confinement
Göz ardışık destek, fonksiyonelleştirme, organik reaksiyonları, yerel konsantrasyonları ve reaksiyon oranlarını artırabilir.ETHFLT:0)Mesogözlülüğü, uzun alkyl zincirleriyle işlevselleştirilmiştir) Hidrofobik reaksiyonlar için katalizörler oluşturur, kontrollü hidrokarbonlar ve reaksiyon oranları da artar. Benzer şekilde, şarj edilen fonksiyonel gruplar aktif sitelere ortaları doğrudan şarj eden elektrostatik gradyan moleküller oluşturabilir.
Yüzey Fonksiyonelizasyon
Amine-Functionalized Silica for CO Oxidation
CO oxidasyon, Pt nanopartiküller tarafından desteklenen ve CO oxidasyon faaliyetinin düşük sıcaklıklarda bile düşük sıcaklıklara kıyasla% 50 artış gösterdiğini göstermiştir.[50 °C). amineFLT:0] Pt nano-zengin durumda, bu tür aktif oksijen türlerinin oluşumuna kıyasla% 50 artış gösterdi.
Sulfur-Functionalized Alumina for Hydrodesulfurization
Fonksiyonel endüstride, CoMo/Al2O3 katalizörleri, ⁇ -Al2O3'ün sulfur'u ham petrol kesimlerinden çıkarmak için kullanılır. Konvansiyonel alumina, Mo ve Co ve daha güçlü metal destekli etkileşimde daha uzun süre boyunca gösterdiği gibi, BDOL'nin (Dönetici) CODOL'nin yüksek çözünürlükte yer aldığı sonucuna varır.
Phosphonic Acid Fonksiyonelleştirilmiş Titania for Photocatiyal
TiO2 yaygın olarak incelenmiş bir fotocatalyst, ancak verimlilik hızlı şarj rekombinasyon ve zayıf görünür ışık absürtülatörü ile sınırlıdır. [FONTSTR], görünür bölgeye olan fiziksel asitler (D)[Dönderilmişler (Dönder) ile nanoparçacıklı) ısıtılır.
Elektrocatiyaliz için Fonksiyonelleştirilmiş Karbon Nanotüps
Elektrokimyasal enerji dönüşümünde, azot-doped karbon nanotüpleri (N-CNTs) oksijen azaltımı reaksiyonları için metal-free katalizörler olarak kullanılır (ORR).ETHFLT:0)Nitrogen fonksiyonelleştirme), aksi takdirde CNTs ile ısıtılırken, N-CNTs'in yüksek çözünürlükte olduğu gibi, Partikülatif nanoparçacıklı yüzeyler için de yüksek çözünürlükte kullanılır.
Zeolitler, Mol-to-Hydrokarbonlar için Kontrollü Asitity
ZSM-5'in biyolojik olarak işlevselleştirilmesi (MTH) intravitreal Brønsted asitliği korumak için son derece hassastır.(Dönetici:0)Post-sif fonksiyonelizasyonu ve ZSM-5[Dönetici) ile fosfat tedavisi seçici olarak dış asit siteleri tarafından yapılır.) Bu değişiklik, betonun asitliği ile etkili bir şekilde azaltılır.
Fonksiyonelleştirilmiş Desteklerin Karakterizasyonu
Optik diskler (X-ray)[Döneticileri) Önkoşullar (FTIR)[Döneticileri) ve diğerleri (Geçmiş) spertize eden (C))) sperformal ölçümler (C) ile ilgili olarak, (Dönetici) fikreleri kontrol eder.
Endüstriyel Uygulamaları
Yüzey işlevselleştirmenin etkisi çok sayıda endüstri sektöründe genişletilebilir.InETHFLT:0)petroleum rafinerisi), fonksiyonelleştirilmiş hidrojektiflerin verimliliğini artırmak ve tedavi edilebilir gazların CO2'yi endüstriyel floreden çıkarmak için desteklemektedir.
Meydanlar ve Gelecek Yollar
Kanıtlanmış faydalara rağmen, birçok zorluk büyük ölçekli katalizde yüzeyselleşmenin yaygın olarak kabul edilmesini sınırlandırır.ETHFLT:0)Uniformity ve reroditeability) sorunlu kalır; birçok greftleme tekniği, reaksiyon sırasında homojen kapsamaz, işlevsel olmayan etkilere yol açar.).Yousit tom ve sıcaklık)
Geleceğin araştırmaları, verilen tepki için en iyi yüzey kimyasını tahmin etmek için hareket eder.(0))))))In situ ve operando spektroskopi[Dönetici), metal-organik çerçeveler gibi, modülasyon eksperleri ve ekstraksiyonlar (örneğin, nano-parçacıklar) gibi organik sistemlerde (örneğin, nano-zamansal) iki boyutlu olarak daha fazla işlevsel sistemlere yol açar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Catalyst desteği yüzey işlevselizasyonu, özel reaksiyonların ihtiyaçlarını karşılamak için çok yönlü ve etkili bir yaklaşımdır.Bu alanda yapılan yapı-maliyet anlayışı, gelişmiş karakterizasyon ve hesaplama yöntemleri ile desteklenen, bir sonraki nesil katalizörlerin gelişimini dikkatle seçerek, daha verimli ve sürdürülebilirlik için çabalayan araştırmacılar, yüzeysel reaksiyonları karşılamak için aktif siteler etrafındaki kimyasal ve fiziksel ortamın iyileştirilmesi için çabalayabilirler.
[0] Yüzey Fonksiyonelleştirme (Chemical İncelemeleri, 2015)).