توصيفگر ها :
كربن مزوحفره , ذرات كروي , كاتاليست , روتنيم , نيكل , كاهش , نيتروآرن‌ها
چكيده فارسي :
در اين پژوهش نانو ذرات نيكل، روتنيم و روتنيم-نيكل برروي ساختارهاي كروي كربن مزوحفره دوپ شده با نيتروژن، تثبيت گرديد و فعاليت كاتاليستي آن¬ها در واكنش كاهش تركيبات نيتروآرن¬ها مورد بررسي قرار گرفت. در ابتدا ساختارهاي كروي كربني مزوحفره دوپ شده با نيتروژن بوسيله روش اشتوبر با استفاده از تترااتيل ارتو سيليكات، 3-آمينوفنول و اتيلن دي آمين به ترتيب به عنوان قالب سيليكاتي، پيش¬ساز كربني نيتروژن¬دار و عامل نظم دهي به ساختار در محيط آبي-اتانولي در حضور آمونياك به عنوان كاتاليست سنتز شد. سپس ساختار سنتز شده تحت فرايند حرارت¬دهي تحت جو بي اثر به ساختارهاي سيليكاتي-كربن دوپ شده با نيتروژن تبديل شد. فرايند زدايش با سديم هيدروكسيد، منجر به حذف شبكه سيليكاتي و تشكيل ساختارهاي كروي كربني مزوحفره دوپ شده با نيتروژن با مساحت سطحي m2g-15/1098 شد. در مرحله¬ي بعد ابتدا اين ساختارهاي كروي كربني بوسيله يون¬هاي نيكل و روتنيم حامل دار و سپس بوسيله كاهش شيميايي با سديم بورهيدريد به عنوان عامل كاهنده، نانو ذرات فلزي نيكل، روتنيم و روتنيم-نيكل برروي آن-ها تثبيت شدند.
فعاليت كاتاليستي ساختارهاي سنتز شده در كاهش تركيبات نيتروآرن مورد بررسي قرار گرفت. طبق واكنش مدل كاهش پارا-نيتروفنول با سديم بورهيدريد به عنوان عامل كاهنده، نتايج نشان داد كه ساختار داراي ذرات روتنيم-نيكل نسبت به ساختارهاي سنتز شده حاوي هر يك از فلزات به صورت منفرد، فعاليت كاتاليستي بالاتري از خود نشان مي¬دهد كه اين امر نشان دهنده اثرات هم افزايي فعاليت كاتاليستي روتنيم و نيكل در واكنش پذيري است. همچنين براي بررسي اثر دوپ شدگي نيتروژن بر فعاليت كاتاليستي، ساختار فاقد نيتروژن با استفاده از رزورسينول به عنوان پيش¬ساز كربني بجاي 3-آمينوفنول و اتيلن دي آمين طي فرايند سنتزي بستر استفاده شد. نتايج نشان داد كه دوپ شدگي نيتروژن باعث افزايش فعاليت كاتاليزوري سيستم مي¬شود. كه احتمالا گونه¬هاي نيتروژن¬دار برروي بستر به عنوان مكان هاي فعال كاتاليستي ثانويه عمل مي¬كنند. فعاليت كاتاليزوري، كاتاليست سنتز شده در كاهش گستره¬ي وسيعي از مشتقات تركيبات نيتروآرن مورد بررسي قرار گرفت. مشتقاتي با گروه¬هاي عاملي الكترون دهنده همانند: ارتو، متا و پارا نيتروآنيلين، N,N-دي متيل-4-نيتروآنيلين، 4-نيتروآنيسول و 4-نيتروتولوئن و همچنين مشتقاتي با گروه¬هاي عاملي الكترون كشنده همانند: 2-نيتروبنزوئيك اسيد، 4-نيتروبنزوئيك اسيد، 4-نيترو كلروبنزن، 1-برومو-4-نيتروبنرن، و 4-نيترو بنزيل برمايد مورد استفاده قرار گرفت.كه نتايج نشان از فعاليت كاتاليستي مناسب نانوساختار سنتز شده در كاهش اين تركيب¬ها است. همچنين در مورد تركيبات هالوژن دار، نتايج نشان داد كه فرايند هالوژن زدايي در اين تركيبات مشاهده نشد.
چكيده انگليسي :
This study investigated the catalytic activity of nickel, ruthenium, and ruthenium-nickel nanoparticles supported on N-doped mesoporous carbon spheres in the reduction of nitroarene compounds. As a first step, the Stober method was used to synthesize an N-doped mesoporous carbon sphere using tetraethyl orthosilicate, 3-aminophenole, and ethylene diamine as silica templates, carbon precursors, and regulators, respectively, in an aqueous-ethanol environment with ammonia as the catalyst. To transfer N-doping carbon-silica structure, the as-synthesized structure was carbonized at 700°C under Ar atmosphere. As a result of etching the silicate network with sodium hydroxide, N-doped mesoporous carbon spheres with a surface area of 1098.5cm2g-1 were formed. As a final step, sphere carbon structures were impregnated by nickel and ruthenium ions and then chemically reduced with sodium borohydride to form nickel, ruthenium, and nickel-ruthenium nanoparticles. A study of the catalytic activity of synthetic structures is conducted on the reduction of nitroarene compounds. A model reaction using P-nitrophenol and NaBH4 as a reduction agent has shown that catalysts containing both ruthenium and nickel have higher catalytic activity than those containing either element alone. A nitrogen-free structure is constructed by using resorcinol as a carbon precursor rather than 3-aminophenol and ethylenediamine during the structure preparation process. It appeared that N-doping increased the catalytic activity of the catalytic system, suggesting that nitrogenous species on the substrate may have acted as secondary active sites.
Synthesized catalysts were investigated for their catalytic activity in the reduction of nitroarene derivatives. A variety of electron-donating functional groups were used, including ortho, meta, and para-nitroaniline, N,N-dimethyl-4-nitroaniline, 4-nitroanisole, and 4-nitrotoluene, as well as derivatives with electron-withdrawing functional groups: 2-nitrobenzoic acid, 4-nitrobenzoic acid, 4-nitrochlorobenzene, 1-bromo-4-nitrobenzene, and 4-nitrobenzyl bromide. These results demonstrate that the synthesized nanostructure is an effective catalytic catalyst for reducing these compounds. Further, results showed that halonitroarenes had not undergone dehalogenation.
