Mesoporous graphitic carbon nitride supported CoPd alloy nanoparticles as catalysts for various reactions of terpenes
Terpenlerin çeşitli dönüşüm tepkimeleri için mezogözenekli grafitik karbon nitrüre destekli CoPd alaşım nanokatalizörleri
- Tez No: 765664
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 126
Özet
Heterojen kataliz, yüksek yeniden kullanılabilirlik ve kimyasal kararlılık gibi heterojen katalizörlerin üstün özelliklerinden dolayı yoğun ilgi görmektedir. Son yıllarda 2D malzemeler, benzersiz optik, termal ve elektriksel özellikleri nedeniyle heterojen katalizde kendilerine geniş kullanım alanı bulmuştur. Bunlar arasında polimerik, metal içermeyen, toksik olmayan ve düşük maliyetli bir malzeme olan mezogözenekli grafitik karbon nitrür (mpg-CN), (foto)kataliz alanında büyük ilgi görmektedir. Bununla birlikte, hızlı yük taşıyıcı rekombinasyonu ve büyük bant aralığı gibi çeşitli dezavantajlar başka bir yarı iletken veya metal nanoparçacıklar (NP'ler) arasında heteroeklem oluşturmaya neden olur. Ayrıca, platin grubu metaller (PGM) bazlı NP'lerin tasarımı, yüksek katalitik aktiviteleri, stabiliteleri ve zehirlenmelere karşı toleransları nedeniyle heterojen kataliz alanına hakim olmuştur. Bunlar arasında, paladyum (Pd), daha geniş bolluğu ve Pt benzeri katalitik aktivitesi nedeniyle en yüksek ilgiyi kazanmıştır. Ayrıca, Pd birçok organik reaksiyonda yüksek aktivite gösterir, örn. hidrojenasyon, dehidrojenasyon, oksidasyon, kenetlenme reaksiyonları vb. Bununla birlikte, Pd, endüstrideki pratik kullanımını sınırlayan üçüncü en pahalı PGM'dir. Bu nedenle, son on yılda, iki farklı metal arasındaki sinerjistik etkiler nedeniyle monometalik parçalara kıyasla katalitik aktiviteyi arttırdıkları için çeşitli bimetalik Pd alaşımlarının geliştirildi. Ancak, M'nin birinci sıra geçiş metali olduğu, yüksek katalitik aktiviteye ve stabiliteye sahip bimetalik PdM'nin kolay ve verimli sentezi, endüstriyel kullanımlarını geliştirmek için gereklidir. Bu tez çalışmasında, mpg-CN ve CoPd alaşım NP'lerini içeren heterojen katalizörlerin sentezi için elverişli bir sentez metodu geliştirildi ve sentezlenen CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri terpenlerin dehidrojenasyon, hidrojenasyon ve oksidasyon katalitik aktivitelerini test edildi. Bu amaçla, mpg-CN sert şablonlu polikondenzasyon yöntemiyle hazırlandı ve eksfoliye edildikten sonra nanotabakaları üzerinde CoPd alaşım nanopartikülleri sentezlendi. Geliştirilen protokolde, mpg-CN, elde edilen NP'ler için hem stabilizatör ve hemde destek malzemesi olarak görev yaptı. CoPd alaşımı NP'leri, kolloidal sentez yöntemi ile farklı kompozisyonlarda elde edildi. Sentezlenen CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri, ileri teknikler kullanılarak karakterize edildi. Önerilen sentetik yöntem, ortalama parçacık boyutu 3.0 ± 0.4 nm olan neredeyse tek dağılımlı CoPd alaşımlı NP'lerin sentezlenmesine izin verdi. Hazırlanan bimetalik alaşımların destek malzemesi üzerine inşa edilmesinden ve yapısal ve fotofiziksel özelliklerinin ayrıntılı bir şekilde araştırılmasından sonra, sentezlenen CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri, doğal terpenlerin dehidrojenasyonu, hidrojenasyonu ve oksidasyonunda kullanılmıştır. Hazırlanan tüm CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri arasında, Co37Pd63/mpg-CN, tüm reaksiyonlar için en yüksek aktiviteyi gösterdi. 5 substratın dehidrojenasyonu, yüksek dönüşüm verimlerinde (≥%91) sağlandı. Ayrıca, birçok terpenin hidrojenasyon ve oksidasyon ürünleri başarıyla elde edildi. Dehidrojenasyon, hidrojenasyon ve oksidasyon için yeniden kullanılabilirlik testleri, Co37Pd63/mpg-CN nanokatalizörlerinin aktivitesinde önemli bir kayıp olmaksızın 5 döngüye kadar yeniden kullanılabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Heterogeneous catalysis has attracted intensive attention due to the prevailing properties of heterogeneous catalysts such as high reusability and chemical stability. In recent years, 2D materials have found them enormous usage in heterogeneous catalysis owing to their unique optical, thermal, and electrical properties. Among them, mesoporous graphitic carbon nitride (mpg-CN) which is a polymeric, metal-free, non-toxic and low-cost material, has received great attention in the (photo)catalysis field. However, it suffers from several drawbacks such as fast charge carrier recombination and large band gap cause to construct heterojunction between another semiconductor or metal nanoparticles (NPs). Besides, the designing of platinum-group metals (PGM) based NPs have been dominating the heterogeneous catalysis field owing to their high catalytic activity, stability, and tolerance against poisoning. Among them, palladium (Pd) has gained the highest interest owing to its broader abundance and Pt-liked catalytic activity. Moreover, Pd demonstrates high activity in many organic reactions e.g. hydrogenation, dehydrogenation, oxidation, coupling reactions, etc. However, due to the current inflation in precious metals, Pd is the third most expensive PGM metals today, which limits its practical usage in industry. Hence, the last decade has witnessed the development of various bimetallic Pd alloys since they are more economical, and they boost catalytic activity compared to monometallic cunterparts owing to the synergistic effects between two divergent metals. However, a facile yet efficient synthesis of bimetallic PdM alloys, where M is the first-row transition metal, possesing high catalytic activity and stability is highly required to enhance their industrial usage. In this thesis, we developed a facile synthesis protocol for the synthesis of designed novel heterogeneous catalysts composed of mpg-CN serving both as support and stabilizer and bimetallic alloy NPs and tested their catalytic activity in various reactions of terpenes including dehydrogenation, hydrogenation, and oxidation. For this purpose, mpg-CN was prepared by using a hard-template polycondensation method and exfoliated in solvent to anchor CoPd alloy nanoparticles between its nanosheets. In the presented protocol, mpg-CN served both as stabilizer and support material for yielded NPs. CoPd alloy NPs were obtained via the colloidal synthesis method in different compositions. The as-synthesized CoPd/mpg-CN nanocatalysts were characterized by using advanced techniques. The proposed synthetic method allowed to synthesize of nearly monodisperse CoPd alloy NPs with an average particle size of 3.0 ± 0.4 nm. After the construction of the prepared bimetallic alloys on the support material and a detailed investigation of their structural and photophysical properties, as-synthesized CoPd/mpg-CN nanocatalysts were utilized in dehydrogenation, hydrogenation, and oxidation of natural terpenes. Among all prepared CoPd/mpg-CN nanocatalysts, Co37Pd63/mpg-CN served the highest activity for all reactions. The dehydrogenation of 5 substrates was achieved in high conversion yields (≥91%). Also, the hydrogenation and oxidation products of several terpenes were obtained, successfully. The reusability tests for dehydrogenation, hydrogenation, and oxidation showed that Co37Pd63/mpg-CN nanocatalysts can be reutilized up to 5 cycles without significant loss of its activity.
Benzer Tezler
- Mezogözenekli grafitik karbon nitrüre destekli CoPd alaşım nanopartikülleri katalizörlüğünde ılıman şartlarda n-heteroarenlerin kolay ve yüksek verimli hidrojenasyon ve dehidrojenasyonu
Facile and highly efficient hydrogenation and dehydrogenation of n‑heteroarenes under mild conditions catalyzed by mesoporous graphitic carbon nitride supported CoPd alloy nanoparticles
ZİYA DAĞALAN
- Mezogözenekli G-C3N4 tabanlı kompozit malzemelerin atık sulardan bazı organik kirleticilerin gideriminde fotokatalitik aktivitesinin değerlendirilmesi
Evaluation of photocatalytic activity of mesoporous G- C3N4 based composite materials in removal of some organic contaminants from waste water
DİREN KILIÇ
Doktora
Türkçe
2023
KimyaAtatürk ÜniversitesiFizikokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA KARACA
DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Mezogözenekli grafitik karbon nitrüre desteklenmiş agpd alaşım nanopartikülleri katalizörlüğünde tek kapta redüktif aminasyon tepkimeleri ile alkil aminlerin sentezi
The synthesis of alkyl amines via one-pot reductive amination reactions catalyzed by agpd alloy nanoparticles supported on mesoporous graphitic carbon nitride
SEDA ERGEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
KimyaAtatürk ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SERDAR GÜLTEKİN
- Tek kapta eş zamanlı olarak grafitik karbon nitrüre destekli paladyum nanopartiküllerinin sentezi, amonyak boranın dehidrojenlenmesi ve nitroarenlerin hidrojenasyonu
Three-component cascade reaction in a tube: In situ synthesis of pd nanoparticles supported on mpg-C3N4, dehydrogenation of ammonia borane and hydrogenation of nitroarenes
MUHAMMET TURGUT
- Vulcan karbona tutturulmuş platinyum nanopartiküllerinin amonyak –boranın metanolizindeki katalitik etkinlikleri
Platinum nanoparticles assembled on vulcan carbon for hydrogen generation from methanolysis of ammonia borane
ELİF ŞEKİ DEMİRCİ