Bimetallic hydroxide catalysts for aerobic C-H activation
Aerobik C-H aktivasyonu için çift metalli hidroksit katalizörleri
- Tez No: 850138
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRAH ÖZENSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Çift metalli hidroksit katalizörler, aerobik oksidasyon, C-H aktivasyonu, heterojen kataliz, alkilarenler, Bimetallic hydroxide catalyst, aerobic oxidation, C-H activation, heterogeneous catalysis, alkylarenes
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Literatürde sp3 hibritleşmesine sahip olan C-H bağlarının doğrudan oksijenlenmesiyle, yükseltgenmiş ürünlere kolayca ulaşma potansiyeli, büyük ilgi görmektedir. Çift metalli hidroksit tabanlı malzemeler, pil ve foto kataliz gibi çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bunların C-H aktivasyon reaksiyonlarında kullanımı yaygın değildir. Bu araştırma, başka bir oksitleyici maddeye ihtiyaç duyulmadan, doğada bolca bulunan, zararsız ve ucuz moleküler oksijen ile aerobik koşullarda C-H aktivasyon reaksiyonları için çift metalli Fe-Mn hidroksit tabanlı katalizörlerin geliştirilmesi ve incelenmesine odaklanmaktadır. Fe-Mn hidroksit katalizörü, organik bileşiklerin C-H fonksiyonalizasyonu yoluyla doğrudan oksijenlenmesinde katalitik verimliliğini artırmak için sentezlenmiş ve sistematik bir şekilde optimize edilmiştir. Farklı Fe/Mn oranlarına sahip bir dizi Fe-Mn çift metalli hidroksit, hem kimyasal çökeltme yöntemi hem de solvotermal yöntem kullanılarak sentezlenmiştir. Bu katalizörler, daha sonra moleküler oksijenin oksitleyici olarak kullanıldığı reaksiyon ortamında fluoren molekülünün katalitik oksidasyon tepkimesinde kullanılmış ve Fe0.6Mn0.4(OH)y-12S katalizörünün en iyi performansı sergilediği görülmüştür. Hafif reaksiyon koşulları altında, katalizör, moleküler oksijeni kullanarak C-H bağlarını etkin bir şekilde aktive etmiştir. Alkil arenler ve alkoller de dahil olmak üzere, çeşitli substratlar incelenmiş ve minimum kataliz yükleri ile sürekli olarak oksijenli ürünlerin mükemmel verimleri elde edilmiştir. Katalizörün yapısal özelliklerine ilişkin bilgileri elde etmek için XRD, XPS, XANES, ICP-MS, BET, ve TGA gibi kapsamlı karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Sonuçlar, hidroksit yapısı içindeki Fe ve Mn türleri arasında sinerjistik bir etkileşimin olduğunu ortaya koymuş ve bu durumun katalitik performansa katkıda bulunduğunu göstermiştir. Bu çalışma, etkili ve sürdürülebilir aerobik C-H aktivasyonu için çift metalli Fe-Mn hidroksit katalizörlerinin önemli potansiyelini vurgulamakta olup organik sentezde çevre dostu oksidasyon reaksiyonları için yeni fırsatlar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing interest in the oxidation of sp3 C-H and O-H bonds has garnered tremendous attention due to its potential for facile production of oxygenated organics. Precious metal-free bimetallic hydroxide-based materials are commonly employed in various applications such as batteries and photocatalysts. However, their prospects in C-H activation reactions have been poorly explored. This research focuses on the development and evaluation of a bimetallic Fe-Mn hydroxide catalyst for aerobic C-H activation and O-H oxidation reactions without the need for an initiator. The Fe-Mn hydroxide catalyst was synthesized and carefully optimized to enhance its catalytic efficiency in the direct oxygenation of a wide scope of alkylarene compounds through C-H functionalization and oxidation of benzylic alcohols. A series of Fe-Mn bimetal hydroxides with different Fe/Mn ratios were synthesized using a customized chemical co-precipitation method. These catalysts were then tested for the catalytic oxidation of fluorene to fluorenone using molecular oxygen as the sole oxidant, with the Fe0.6Mn0.4(OH)y-12S catalyst demonstrating the best performance. Under mild reaction conditions, the catalyst exhibited remarkable performance in activating C-H bonds using molecular oxygen as the oxidant. Various substrates, including alkylarenes and alcohols, were investigated, consistently yielding high yields of oxygenated products with minimal catalyst loadings. XRD, XPS, XANES, ICP-MS, BET, and TGA were employed to gain insights into the structural features of the catalyst. Our findings indicate that the following structural properties of the optimized Fe0.6Mn0.4(OH)y-12S catalyst could be responsible for the currently observed enhanced catalytic reactivity: i) unique Mn oxidation state (ca. Mn2.6+), ii) Fe cationic sites containing a mixture of Fe2+ and Fe3+ species, where Fe3+ species are the dominating species, iii)realtively low specific surface area of 68 m2/g, iv) relatively disordered and defective crystal structure comprised of bimetallic hydroxides as well as additional oxide/oxyhydroxide phases, v) residual Na+ surface species enabling electronic promotion of the cationic active sites via electron donation.
Benzer Tezler
- Transition metal catalysis for aerobic C-H oxidation reactions and for the synthesis of fluoranthene derivatives
Aerobik C-H oksidasyon reaksiyonlari ve floranten türevlerinin sentezi için geçiş metal katalizi
YEŞİM ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUNUS EMRE TÜRKMEN
- Enerji depolama sistemleri için elektrot materyallerinin geliştirilmesi
Development of electrode materials for energy storage systems
SEDA POLAT
- Metal nanoalaşımların Mgo(001) yüzeyi üzerinde yapısal ve dinamik özelliklerinin simülasyon yöntemiyle incelenmesi
The investigation of structural and dynamics properties of metal nanoalloys supported on MgO(001) surface with simulation methods
SONGÜL TARAN
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiBülent Ecevit ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYDAR ARSLAN
- Katmanlı saclardan derin çekilerek parça üretimi ve şekil alma kabiliyetinin araştırılması
Manufacturing of cylindrical cup by deep drawing from bimetallic sheets and investigation of formability
CENGİZ GÖRKEM DENGİZ
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMAL YILDIZLI
- Facile synthesis of bimetallic nanoparticles with diverse nanostructures using metal acetylacetonates
Metal asetilasetonatlar kullanılarak çeşitli nanoyapılara sahip bimetalik nanopartiküllerin kolay sentezi
DALYA M. F. SAYMA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
ASSIST. ASSOCIATE PROF. WON MI AHN