Катализаторы

katalizatory-6 Материалы с уникальными свойствами

С момента открытия фуллеренов прошло относительно мало времени, около 25 лет, но за это время появилось более 20 тысяч публикаций и исследований, посвященных различным аспектам синтеза и изучению свойств этого уникального класса углеродных соединений. Уже ни для кого не секрет, что поскольку фуллерены эффективно отдают и принимают электроны, они выступают отличными катализаторами.

Нанотрубки, из которых состоит фуллерен, действуют как катализаторы, когда через них пропускают электрический ток. Это позволяет им отдавать электроны молекулам, которые контактируют с участками реакции.

katalizatory-3

Другая реакция, которую углеродные нанотрубки могут катализировать, превращает химическое вещество, называемое резазурин, в другое, резоруфин, которое является флуоресцентным.

Катализаторы на углеродных нанотрубках — это новый вид катализаторов на носителях, которые используют углеродные нанотрубки. Именно уникальные физико-химические свойства углеродных нанотрубок (большой объем удельной поверхности, повышенная электрическая проводимость, отличная химическая инертность, высокий уровень устойчивости к окислению) обещают им популярность как материала-носителя, который будет применятся в гетерогенном катализе.

Катализаторы — это вещества, использующиеся, как правило, в малых дозах относительно реагентов, которые в свою очередь могу увеличивать скорости химических реакций, при этом не подвергаясь химическим изменениям.

katalizatory-9

Определенное количество катализаторов разных видов загружают на нужный материал, выступающий носителем, который всегда больше по объему. Существует много видов носителей, от обычных и наиболее популярного оксида алюминия до разных видов активированного угля.

Нанокатализатор

Способность удерживать атомы или небольшие молекулы внутри углеродной клетки — одно из наиболее важных и уникальных свойств фуллеренов. Углеродные клетки были синтезированы благодаря присущей им стабильности, их наноструктурам. Важность пространственных и электронных параметров, связанных со структурой каркаса, таких как у фуллерена, — это интерференция наноструктур и стабильность этих соединений.

Среди фуллеренов наиболее распространены структуры C60 и C70. Оптические свойства, энергии ионизации и поиска электронов, а также относительная стабильность этих видов фуллеренов влияют на усиление наноэлектронных устройств.

katalizatory-8

Эти удивительные свойства позволяют наноэлементам выполнять функции резервуаров электронов, которые легко соединяются с органическими растворителями, что важно для ускорения химических реакций.

Производные углерода являются сильнейшим элементом, образующим множество соединений. Касаемо его первичной химической формы, известно, что углеродные носители — это высокоактивный катализатор в реакциях окислений.

katalizatory-2

Производные наноуглерода также применимы как материал носителя, в котором можно диспергировать другие каталитические элементы. Результатом применения фуллерена, как катализатора, является увеличение поверхности, подвергаемой к воздействию химических реагентов.

Сферы применения удивительных свойств фуллеренов

Катализаторы из фуллереновых нанотрубок интересны для гидрогенолиза химических связей. Другая реакция, на которую способен наноэлемент, — гидрирование галогенированных ароматических аминов — нужна, чтобы синтезировать гербициды и пестициды, а также дизельное топливо.

Основные сферы использования свойств фуллерена при катализации — поддержка металла. Кроме этого, наноэлементы используются для поддержания таких соединений, как сульфиды и галогениды.

katalizatory-1

Самой важной отличительной чертой соединений фуллерена есть его способность создавать интеркалаты, являющиеся катализаторами определенных реакций гидрирования, дегидрирования, изомеризации и алкилирования.

Процесс восстановления металлоорганических комплексов золота, кобальта, никеля, палладия или платины при помощи фуллерена в результате выдает наночастицы металла, катализирующие реакции гидросилилирования. В органических окислительно-восстановительных реакциях свойства нанотрубок фуллерена используют, например, для промышленного производства полимера нейлона.

katalizatory-5

Во многих исследованиях катализаторов на основе нанотрубок фуллерена было изучено связь их свойств и увеличением эффективности каталитического покрытия в элементах топлива. Углерод в нынешнее время стал самым распространенным катализатором для этого.

Преимущества фуллереновых нанотрубок в качестве носителей для катализаторов

Доступно множество носителей для катализаторов, от носителей из оксидов металлов, таких как оксид алюминия, кремнезем и цеолиты, до традиционных углеродистых носителей, таких как активированный уголь, углеродная сажа, графиты и новые углеродные наноматериалы.

katalizatory-4

Привычные оксидные носители часто механически и термически нестабильны. В условиях окисления могут образовываться так называемые «горячие точки», что приводит к изменению как металла носителя, так и катализатора.

Множество продуктов фуллеренов различаются по определенным ключевым свойствам, таким как пористость, размер пор и гранулометрический состав, площадь поверхности, устойчивость к истиранию и содержание золы, в зависимости от процесса производства. Поэтому фуллереновые нанотрубки, которые используют в жидкофазных процессах, — популярное вспомогательное средство для реакций гидрирования.

katalizatory-7

Это связано с легкостью отделения от реакционной смеси, стойкостью к агрессивным средам, таким как высокий pH, и относительной легкостью извлечения металла после использования.

В последние 10-15 лет основные усилия химиков направлены на разработку эффективных синтетических методов функционализации фуллерена нуклеофильными и электрофильными реагентами, в частности с использованием достижений металлокомплексного катализа. И кто знает, может в процессе дальнейшего изучения и исследований наносоединения, мы узнаем о новых свойствах и возможностях уникального элемента.

Оцените статью
Добавить комментарий

error: Alert: Content is protected! Внимание! Контент защищен!