مدل‌سازي نظري و مطالعه تجربي تعيين مكانيسم تجزيه حامل هيدروژن آلي مايع "ايزوپروپيل الكل" بر روي خوشه‌هاي پلاتين: بررسي اثرات پيكربندي و اندازه ساختار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش سعي بر آن شده است كه با استفاده از تلفيق محاسبات DFT و روش‌هاي آزمايشگاهي مكانيسم تجزيه ايزوپروپيل الكل به‌عنوان حامل هيدروژن آلي مايع بر روي خوشه‌هاي پلاتين مشخص گردد. در گام نخست به منظور بررسي نظري، خوشه‌اي متشكل از 13 اتم پلاتين با پيكربندي D5h انتخاب گرديد و تمامي مسير محتمل براي تفكيك و تجزيه پيوندهاي ايزوپروپيل الكل بر روي آن بررسي شد. مشاهده گرديد كه مسير منتهي به پروپن-2-ال/هيدروژن در نتيجه تفكيك متوالي پيوند‌هاي C2-H2 و C1-H3 مطلوب‌ترين مسير براي تجزيه ايزوپروپيل الكل بر روي خوشه D5h مي‌باشد. سپس در قدم بعد مسيرهاي اصلي داراي كم‌ترين مقادير سد انرژي براي بررسي نحوه اثرگذاري تغيير پيكربندي و اندازه خوشه بر روند مكانيسم، بر روي خوشه‌هاي 13 اتمي پلاتين با پيكر بندي Ih و C2v و دو خوشه 12 و 14 اتمي مورد مطالعه قرار گرفتند. مشخص شد كه با كاهش تقارن پيكربندي خوشه 13 اتمي و يا افزايش تعداد اتم‌هاي تشكيل دهنده خوشه، مسير تجزيه ايزوپروپيل الكل تغيير يافته و مسير منتهي به توليد استون/هيدروژن در نتيجه شكست‌ متوالي پيوندهاي O-H1 و C2-H2 از سد انرژي كمتري نسبت به ديگر مسيرها يرخوردار است. اما در بررسي صورت گرفته شده بر روي خوشه 13 اتمي با تقارن بالا و خوشه 12 اتمي مسير اصلي تجزيه، نسبت به خوشه D5h تغيير نكرد. در گام دوم براي بررسي اطلاعات بدست آمده از محاسبات تئوري، آزمايشي با استفاده از يك راكتور بستر ثابت در حضور كاتاليست ناهمگن تهيه شده از نانوذرات فوق كوچك و شبه تك اتم‌هاي پلاتين تثبيت شده بر روي بستر نانوسيليس فيبري (Pt3.4%/DFNS)، طراحي شد و عملكرد آن در شرايط عملياتي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. همانطور كه محاسبات تئوري براي ايزوپروپيل الكل، تاكيد بر غالب بودن واكنش هيدروژن‌زدايي نسبت به واكنش آبگيري دارد، نتايج آزمايشات تجربي نيز واكنش هيدروژن‌زدايي ايزوپروپيل الكل به استون و هيدروژن را در دماهاي پايين عملياتي به‌عنوان واكنش غالب براي اين الكل نوع دوم نشان داد كه با افزايش دما اين روند به طور كامل تغيير كرده و توليد پروپن/آب واكنش غالب براي ايزوپروپيل الكل مي‌شود. نانو كاتاليست تهيه شده در شرايط دمايي 190 درجه سانتي‌گراد و تنها با يك مرتبه عبور جزء واكنش‌دهنده، منجر به تحقق نرخ تبديل 41-43 درصد نسبت به توليد استون/هيدروژن با گزينش‌پذيري 100 درصد شد.

222814

آلي

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان