پديد آورنده :
محمودي، آرمين
عنوان :
بررسي تجربي و نظري رابطه ساختار-فعاليت كاتاليستهاي تك اتمي برروي بسترهاي كربني در واكنشهاي اكسايش اتانول، كاهش اكسيژن و هيدروژندار كردن كربن دياكسيد
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 67ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
كاتاليست تكاتمي , اكسيداتيو هيدروژنزدائي اتانول , واكنش كاهش اكسيژن , نظريه تابعي چگالي , هيدروژندار كردن , كربن دياكسيد , هترواتم
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/05/20
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/05/20
چكيده فارسي :
اين مطالعه به بررسي كاتاليست هاي تكاتمي آهن بر بسترهاي كربني دوپ شده با هترواتمهاي مختلف، با استفاده از روشهاي تجربي و نظري ميپردازد.
در بخش تجربي، كاتاليست تكاتمي آهن برروي بستر كربني سهبعدي متخلخل دوپ شده با نيتروژن با استفاده از قالب سديم كلرايد سنتز شد و به منظور بررسي اثر دوپانت دوم در فعاليت كاتاليستي، كاتاليست هاي ديگري داراي هترواتمهاي بور و گوگرد در كنار هترواتم نيتروژن نيز تهيه شد. حضور گونه تكاتم آهن با استفاده از دادههاي طيف سنجي جذب اشعه ايكس به تاييد رسيد. اين كاتاليستها در واكنش گرمائي اكسيداتيو هيدروژنزدائي اتانول و كاهش الكتروشيميائي اكسيژن در محيط بازي، مورد ارزيابي قرار گرفتند. در واكنش اكسيداتيو هيدروژنزدائي اتانول، كاتاليست بدون هترواتم دوپانت دوم بيشترين فعاليت كاتاليستي با درصد تبديل 40٪ براي اكسايش اتانول با گزينش پذيري عالي به محصول استالدهيد را از خود نشان داد. در حاليكه كه كاتاليست دوپ شده با هترواتم بور بيشترين فعاليت را در واكنش الكتروشيمي كاهش اكسيژن را از خود نشان داد، اين كاتاليست واكنش كاهش اكسيژن را در پتانسيل شروع 91/0 ولت آغاز ميكند. در بخش نظري، مكانيسم واكنش هيدروژندار شدن كربن دياكسيد برروي كاتاليستهاي تكاتمي آهن، كبالت و نيكل برروي گرافن كوانتوم دات دوپ شده با نيتروژن با استفاده از نظريه تابعي چگالي، مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج اين مطالعه نشان داد كه اين كاتاليست ها تبديل كربن دياكسيد به محصول فرميك اسيد و متانديال را تسهيل مينمايند. كاتاليست تكاتمي آهن فعاليت بالاتري نسبت كاتاليستها ديگر را از خود نشان داد. تحليل اوربيتال طبيعي پيوند نقش اساسي اتمهاي نيتروژن در مكانيسم انجام اين واكنش نمايش داد. نيتروژن با دهندگي الكترون به اوربيتال ضد پيوندي مولكول هيدروژن، سبب فعال شدن مولكول هيدروژن براي واكنش ميشود.
چكيده انگليسي :
This study used experimental and theoretical methods to investigate iron single-atom catalysts on different heteroatoms doped carbon supports.
In the experimental section, an iron single-atom catalyst was synthesized on a nitrogen-doped 3D porous carbon support via a sodium chloride template. To evaluate the effect of secondary heteroatom dopants on catalytic activity, catalysts containing boron and sulfur alongside nitrogen heteroatom were prepared. The presence of the iron single-atoms was confirmed using X-ray absorption spectroscopy. The catalysts were evaluated for thermal oxidative dehydrogenation of ethanol and electrochemical oxygen reduction in alkaline media. In the oxidative dehydrogenation of ethanol, the catalyst without secondary heteroatom dopants exhibited the highest catalytic activity, achieving 40% ethanol conversion with high selectivity toward acetaldehyde. The boron-doped catalyst exhibited the highest activity in the electrochemical oxygen reduction reaction, initiating at an onset potential of 0.91 V. In the theoretical section, the reaction mechanism of hydrogenation of carbon dioxide over iron, cobalt, and nickel single-atom catalysts on nitrogen-doped graphene quantum dots was studied using density functional theory. The results showed that these catalysts facilitate the conversion of carbon dioxide to formic acid and methanediol. The iron single-atom catalyst exhibited higher activity than the other catalysts. Natural bond orbital analysis revealed the essential role of nitrogen atoms in the reaction mechanism. Nitrogen activates hydrogen molecules for the reaction by donating electrons to the antibonding orbital of hydrogen.
استاد راهنما :
سياوش كاظمي موحد
استاد مشاور :
حسين فرخ پور
استاد داور :
حسين توكل , عليرضا نجفي چرمهيني