Design of a metal-free heterogeneous photocatalyst for sustainable organic transformations: The role of N-vacancies in graphitic carbon nitride
Sürdürülebilir organik dönüşümler için metal-içermeyen heterojen fotokataliz tasarımı: Grafik karbon nitritindeki N-boşluklarının rolü
- Tez No: 824463
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Endüstriyel ince kimyasal sentez için sürdürülebilir üretim yaklaşımlarının geliştirilmesi, çevresel kirlilik endişeleri nedeniyle yeşil kimyanın ön saflarında yer almıştır. Katalitik süreçlerin tanıtılması, reaksiyonların verimliliğini artırmış ve insanlık yararına kullanılabilecek bileşiklerin yelpazesini genişletmiştir. 20. yüzyılın başlangıcında, fotokataliz, kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için ışığı kullanan yeni malzemeler tanıtmıştır. Metal içermeyen heterojen fotokatalizör olarak grafik karbon nitrit (gCN), fotokatalitik uygulamalar için kullanılabilecek yeni bir dalgada malzemeler sağlar. gCN'nin benzersiz özellikleri nedeniyle organik dönüşümler geniş çapta incelenmiştir, ancak fotokataliz modifikasyonları, arıza mühendisliği gibi, çeşitli uygulamalarda daha fazla kullanımı kolaylaştırmak için büyük geliştirme alanları sağlar. Boşluk mühendisliği, bir malzemenin emme özelliklerini artırmak, fotogenerasyonlu yük taşıyıcı dinamiklerini değiştirmek ve fotokatalitik özelliklerini geliştirmek için basit bir modifikasyon yöntemi sağlar. N-eksikliği olan tavlama grafik karbon nitrit (AgCN), sürdürülebilir bir metal içermeyen heterojen fotokataliz malzemesi olarak sunulmuştur. Görünür ışığı kullanarak C–H işlevselleştirmeyi yönlendiren strateji, büyük ölçüde verimliliği ve en aza indirgenmiş yan ürün oluşumu nedeniyle sentetik kimyada C–C bağ oluşumlarını oluşturmak için anahtar bir yaklaşımdır. Bu teknik, sentez yollarını basitleştirmeye, adımların sayısını azaltmaya ve önceden işlevlendirilmiş başlangıç malzemelerine ihtiyaç duymadan önemlidir. Bu C–H işlevselleştirme yaklaşımının yaygın olarak araştırılan bir yönü, çeşitli nükleofillerin üçüncül aminlerin α-sp3 karbonuna dahil edilmesidir. Bu strateji, çok sayıda bioaktif bileşiğin ve onların benzeri N içeren yapıların sentezini mümkün kılar çünkü özellikle değerlidir. Ayrıca, C–P bağlarının oluşumu, tarım, ilaç, alev geciktiriciler ve diğer malzemelerde günlük olarak kullanılan çok sayıda kimyasalın sentezine olanak sağlar, bunun nedeni insan vücudundaki bolluğu ve geniş oksidasyon durumlarıdır. C–H işlevselleştirmesi için metal içermeyen heterojen fotokataliz geliştirmek, ince organik kimyasalların sentezi için sürdürülebilir bir yaklaşım sağlar. Sentetik fotokatalizör AgCN, XRD, FTIR, TEM, EDS, BET ve TGA analizleri kullanılarak karakterize edildi. N-boşluğunun oluşumu daha fazla analiz edildi ve CHN, XPS ve ssNMR tarafından desteklendi. N-boşluğunun oluşumu, fotoheyecanlı elektronları tuzaklayan bir midgap durumları tanıtarak fotofiziksel özellikleri geliştirdi. AgCN'nin fotokatalitik uygulaması, oksidatif Mannich tipi reaksiyon ve C(sp3)–P bağ oluşum reaksiyonları üzerinde çalışıldı ve sırasıyla %100 ve %82'lik yüksek verimlerle karşılaştırmalı olarak daha kısa bir zaman diliminde gerçekleşti. Ayrıca, C(sp2)–P bağ oluşum çalışması, yeni bir organofosfor bileşiğinin sentezini tanıttı. 2D NMR teknikleri, malzemenin yapısını doğrulamak için kullanıldı. AgCN fotokatalizörünün yeniden kullanılabilirlik deneyi, verimde hafif bir düşüşe (%72) neden oldu, sürdürülebilir bir yaklaşım sağladı.
Özet (Çeviri)
The development of sustainable production approaches for industrial fine chemical synthesis has been at the forefront of green chemistry due to concerns about environmental pollution. The introduction of catalytic processes has increased the efficiency of reactions, broadening the range of compounds that can be utilized for the benefit of humankind. At the advent of the 20th century, photocatalysis introduced new materials that use light to accelerate chemical reactions. The metal-free heterogeneous photocatalyst as graphitic carbon nitride (gCN) provides a new wave of materials that can be utilized for photocatalytic applications. Although organic transformations using gCN have been widely studied due to their unique properties, the photocatalysis modifications, such as defect engineering, provide a large scope of improvements to facilitate further use in varying applications. Vacancy engineering provides a straightforward modification method to increase a material's absorption properties, alter photogenerated charge carrier dynamics, and enhance photocatalytic properties. N-deficient annealed graphitic carbon nitride (AgCN) has been presented as a sustainable metal-free heterogeneous photocatalysis material. The strategy of using visible-light to mediate C–H functionalization is a key approach for creating C–C bond formations in synthetic chemistry, largely due to its efficiency and minimized by-product generation. This technique is significant because it allows for streamlined synthesis pathways, reducing the number of steps and eliminating the need for pre-functionalized starting materials. One widely researched aspect of this C–H functionalization approach involves the incorporation of various nucleophiles into the α-sp3 carbon of tertiary amines. This strategy is particularly valuable because it enables the synthesis of numerous bioactive compounds and their analogous N-containing structures. Furthermore, the formation of C–P bonds enables the synthesis of numerous chemicals used daily in agriculture, pharmaceuticals, flame retardants, and other materials, owing to its abundance in the human body and its wide range of oxidation states. The development of a metal-free heterogeneous photocatalysis for C–H functionalization provides a sustainable approach to the synthesis of fine organic chemicals. The synthesized photocatalyst AgCN was characterized using XRD, FTIR, TEM, EDS, BET, and TGA analyses. The formation of the N-vacancy was further analyzed and supported by CHN, XPS, and ssNMR. The formation of the N-vacancy improved the photophysical properties by introducing midgap states which trap the photoexcited electrons. The photocatalytic application of the AgCN was studied on oxidative Mannich type reaction and C(sp3)–P bond formation reactions with high yields of 100% and 82% in a comparatively shorter timeframe. Furthermore, the C(sp2)–P bond formation study introduced the synthesis of a novel organophosphorus compound. The 2D NMR techniques were utilized to confirm the structure of the material. The reusability experiment of the AgCN photocatalyst resulted in a slight decrease in yield to 72%, providing a sustainable approach.
Benzer Tezler
- The rational design of heterogeneous photocatalysts for the tandem photocatalytic hydrogen evolution and reduction of organic compounds in water
Suda tandem fotokatalitik hidrojen üretimi ve organik bileşiklerin indirgenmesi için heterojen fotokatalizörlerin rasyonel tasarımı
BEGÜMHAN KARAPINAR KOÇ
- Development and characterization of ceramic nanofiber membranes for dye removal from textile wastewater
Tekstil atıksularından boya giderimi için seramik nanofiber membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
NURAY YERLİ SOYLU
Doktora
İngilizce
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Suda çözünür yeni makrohalkalı bileşiklerin sentezi ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of water-soluble new macrocyclic compounds and investigation of their biological properties
AYNUR KÜBRA MUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEHİCE ŞEBNEM SESALAN
- Trimetalic heterogeneous catalyst for dehydrogenation of formic acid with enhanced CO tolerance
Formik asit dehidrojenlenme tepkimesi için yüksek karbon monoksit direncine sahip üç-metalli heterojen katalizörler
ELİF PERŞEMBE
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH ÖZENSOY