شماره مدرك :
20046
شماره راهنما :
2291 دكتري
پديد آورنده :
عبداللهي، نبي الله
عنوان :

سنتز گرافن عامل¬دار شده با آسكوربيك اسيد و كاربرد كاتاليستي آن در واكنش بتا-نيترواستايرنها با هيدرازين و بررسي نظري كارايي كاتاليست¬هاي تك اتمي نيكل، مس و كبالت در تبديل CO2 به CO

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
آلي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1403
صفحه شمار :
سيزده، 101 ص.: مصور
توصيفگر ها :
گرافن , اسكوربيك اسيد , بتا- نيترواستايرن , هيدرازين هيدرات , كربن دي اكسيد , كربن مونوكسيد , كاتالسيت تك اتمي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/10/10
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
شيمي
دانشكده :
شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/10/15
كد ايرانداك :
23098275
چكيده فارسي :
اين رساله شامل يك بخش آزمايشگاهي و يك بخش محاسباتي است. بخش آزمايشگاهي شامل سنتز گرافن عامل¬دار شده و بررسي كارايي كاتاليستي آن در تبديل تركيبات بتا- نيترواستايرن و بتا-متيل-بتا-نيترواستايرن¬ به هيدرازون است. امروزه كاتاليست¬هاي كربني به دليل ارزان و دسترس بودن و همچنين به¬دليل داشتن خواص منحصر به¬فرد از جمله سطح ويژه بالا، چگالي پايين و مقاومت مكانيكي و حرارتي مناسب، نقش ويژه¬اي در فرايندهاي شيميايي ايفا مي كنند. در اين پژوهش ابتدا از اكسايش گرافيت به روش اصلاح شده¬ي هامرز، گرافن اكسايد تهيه شد. گرافن اكسايد تهيه شده در حضور اسكوربيك اسيد عامل¬دار شد. گرافن عامل¬دار شده توسط آناليزهاي FT-IR،Raman ، XRD،TEM ، FE-SEM، EDS و TGA مشخصه¬يابي شد. گرافن عامل¬دار شده به دليل دارا بودن خواص سطحي مطلوب به عنوان بستر مناسب در واكنش¬ بين هيدرازين هيدرات و تركيبات بتا- نيترواستايرن قرار گرفت و مشتقات هيدرازون با بازده بالاي 95 درصد سنتز شد و محصولات سنتز شده توسط آزمايش نقطه ذوب و آناليزهاي FT-IR، GC-MS، 1HNMR و 13CNMR مورد شناسايي و تاييد قرار گرفت. بخش محاسباتي، شامل بررسي نظري تبديل CO2 به CO در حضور كاتاليست¬هاي تك اتمي مس، كبالت و نيكل نشانده شده بر روي بستر گرافن است. در اين پژوهش ابتدا بستر گرافن با استفاده از روش m062x/svp و بسته¬ي گاوسين (نسخه 09) بهينه سازي شد. سپس بر روي بستر بهينه شده¬ ي گرافن، فلزات تك اتمي مس، كبالت و نيكل با چندگانگي مختلف نشانده شد و اين بار گرافن همراه با فلز با روش m062x/svp بهينه سازي شد. كاتاليست هاي بهينه شده با چندگانگي اسپين پايدارتر، جهت بررسي نظري كاهش CO2 به CO مورد استفاده قرار گرفت. اگرچه اسپين¬هاي مختلف براي كاتاليست¬هاي كبالت و نيكل امكان¬پذير است ولي بر¬اساس انرژي نسبي و خواص اوربيتال¬هاي مرزي، مشخص شد كه كاتاليست با تعداد اسپين بالاتر مناسب-تر است. همچنين دو مكانيسم¬ احتمالي براي تبديل CO2 به CO طراحي شد و ساختار همه واكنش‌دهنده‌ها، محصولات، واسطه‌ها و حالت‌هاي¬گذار اين مسيرها بهينه‌سازي شد و آنتالپي‌ها و انرژي‌هاي آزاد گيبس استخراج شد. داده¬هاي محاسباتي در فاز گازي نشان داد كه كاتاليست¬هاي مس و كبالت مطلوب¬تر از كاتاليست نيكل هستند. در واقع مس از نظر ترموديناميكي و كبالت از نظر سينيتيكي مطلوب است. در ادامه، اثرات حلال بر روي مكانيسم واكنش و كاهش ميزان سد انرژي واكنش، با استفاده از مدل PCM در حضور آب، بررسي شد. محاسبات نشان داد كه حضور آب، انجام واكنش براي كاتاليست كبالت را بيشتر از ساير كاتاليست¬ها تسهيل مي¬كند. بنابراين، در حضور آب، كاتاليست كبالت و سپس مس، مناسب ترين كاتاليست از نظر داده¬هاي ترموديناميكي و سينيتيكي هستند.
چكيده انگليسي :
The thesis is presented in two experimental and computational parts. the experimental part, includes the synthesis of functionalized graphene and the eva‎luation of the efficiency of the synthesized catalyst in the conversion of β-nitrostyrenes and β-methyl-β-nitrostyrenes. Nowadays, carbon catalysts play a special role in chemical processes due to their cheapness and availability, as well as their unique properties, such as high cross-sectional area, low density, and appropriate mechanical and thermal resistance. In this research, first, graphene oxide was prepared from the oxidation of graphite by Hamers modified method. The prepared graphene oxide was functionalized in the presence of ascorbic acid. Functionalized graphene was characterized by FT-IR, Raman, XRD, TEM, FE-SEM, EDS and TGA analyses. Functionalized graphene was placed as a suitable substrate in the reaction between hydrazine and beta-nitrostyrene derivatives due to its favorable surface properties, and hydrazone compounds were detected with a high yield of 95%, and the synthesized products were analyzed by m.p., FT-IR , GC-MS, 1HNMR and 13CNMR were identified and confirmed. The computational part includes the theoretical investigation of the conversion of CO2 to CO in the presence of monoatomic copper, cobalt, and nickel catalysts placed on the graphene substrate. In this research, first, the graphene substrate was optimized using the m062x/svp method and the Gaussian package (version 09). Then, on the optimized graphene substrate, monoatomic metals copper, cobalt and nickel with different multiplicity were placed and this time graphene was optimized with metal by m062x/svp method. Optimized catalysts with more stable spin multiplicity were used for theoretical investigation of CO2 reduction to CO. Although different spins are possible for cobalt and nickel catalysts, but based on the relative energy and properties of frontier orbitals, it was determined that the catalyst with higher spin number is more suitable. Also, two possible mechanisms for converting CO2 to CO were designed and the structure of all reactants, products, intermediates and transition states of these paths were optimized and enthalpies and Gibbs free energies were extracted. computational data in gas phase showed that copper and cobalt catalysts are more favorable than nickel catalyst. In fact, copper is thermodynamically favorable and cobalt kinetically favorable. Next, the effects of the solvent on the reaction mechanism and the reduction of the reaction energy barrier were investigated using the PCM model in the presence of water. Calculations showed that the presence of water facilitates the reaction for cobalt catalyst more than other catalysts. Therefore, in the presence of water, cobalt catalyst and then copper are the most suitable catalysts in terms of thermodynamic and kinetic data
استاد راهنما :
حسين توكل
استاد مشاور :
عليرضا نجفي چرمهيني
استاد داور :
حسين فرخ پور , محمد ديناري , حميدرضا معماريان
لينک به اين مدرک :

بازگشت