Terpenlerin çeşitli dönüşüm tepkimeleri için mezogözenekli grafitik karbon nitrüre destekli CoPd alaşım nanokatalizörleri

Heterojen kataliz, yüksek yeniden kullanılabilirlik ve kimyasal kararlılık gibi heterojen katalizörlerin üstün özelliklerinden dolayı yoğun ilgi görmektedir. Son yıllarda 2D malzemeler, benzersiz optik, termal ve elektriksel özellikleri nedeniyle heterojen katalizde kendilerine geniş kullanım alanı bulmuştur. Bunlar arasında polimerik, metal içermeyen, toksik olmayan ve düşük maliyetli bir malzeme olan mezogözenekli grafitik karbon nitrür (mpg-CN), (foto)kataliz alanında büyük ilgi görmektedir. Bununla birlikte, hızlı yük taşıyıcı rekombinasyonu ve büyük bant aralığı gibi çeşitli dezavantajlar başka bir yarı iletken veya metal nanoparçacıklar (NP'ler) arasında heteroeklem oluşturmaya neden olur. Ayrıca, platin grubu metaller (PGM) bazlı NP'lerin tasarımı, yüksek katalitik aktiviteleri, stabiliteleri ve zehirlenmelere karşı toleransları nedeniyle heterojen kataliz alanına hakim olmuştur. Bunlar arasında, paladyum (Pd), daha geniş bolluğu ve Pt benzeri katalitik aktivitesi nedeniyle en yüksek ilgiyi kazanmıştır. Ayrıca, Pd birçok organik reaksiyonda yüksek aktivite gösterir, örn. hidrojenasyon, dehidrojenasyon, oksidasyon, kenetlenme reaksiyonları vb. Bununla birlikte, Pd, endüstrideki pratik kullanımını sınırlayan üçüncü en pahalı PGM'dir. Bu nedenle, son on yılda, iki farklı metal arasındaki sinerjistik etkiler nedeniyle monometalik parçalara kıyasla katalitik aktiviteyi arttırdıkları için çeşitli bimetalik Pd alaşımlarının geliştirildi. Ancak, M'nin birinci sıra geçiş metali olduğu, yüksek katalitik aktiviteye ve stabiliteye sahip bimetalik PdM'nin kolay ve verimli sentezi, endüstriyel kullanımlarını geliştirmek için gereklidir. Bu tez çalışmasında, mpg-CN ve CoPd alaşım NP'lerini içeren heterojen katalizörlerin sentezi için elverişli bir sentez metodu geliştirildi ve sentezlenen CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri terpenlerin dehidrojenasyon, hidrojenasyon ve oksidasyon katalitik aktivitelerini test edildi. Bu amaçla, mpg-CN sert şablonlu polikondenzasyon yöntemiyle hazırlandı ve eksfoliye edildikten sonra nanotabakaları üzerinde CoPd alaşım nanopartikülleri sentezlendi. Geliştirilen protokolde, mpg-CN, elde edilen NP'ler için hem stabilizatör ve hemde destek malzemesi olarak görev yaptı. CoPd alaşımı NP'leri, kolloidal sentez yöntemi ile farklı kompozisyonlarda elde edildi. Sentezlenen CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri, ileri teknikler kullanılarak karakterize edildi. Önerilen sentetik yöntem, ortalama parçacık boyutu 3.0 ± 0.4 nm olan neredeyse tek dağılımlı CoPd alaşımlı NP'lerin sentezlenmesine izin verdi. Hazırlanan bimetalik alaşımların destek malzemesi üzerine inşa edilmesinden ve yapısal ve fotofiziksel özelliklerinin ayrıntılı bir şekilde araştırılmasından sonra, sentezlenen CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri, doğal terpenlerin dehidrojenasyonu, hidrojenasyonu ve oksidasyonunda kullanılmıştır. Hazırlanan tüm CoPd/mpg-CN nanokatalizörleri arasında, Co37Pd63/mpg-CN, tüm reaksiyonlar için en yüksek aktiviteyi gösterdi. 5 substratın dehidrojenasyonu, yüksek dönüşüm verimlerinde (≥%91) sağlandı. Ayrıca, birçok terpenin hidrojenasyon ve oksidasyon ürünleri başarıyla elde edildi. Dehidrojenasyon, hidrojenasyon ve oksidasyon için yeniden kullanılabilirlik testleri, Co37Pd63/mpg-CN nanokatalizörlerinin aktivitesinde önemli bir kayıp olmaksızın 5 döngüye kadar yeniden kullanılabileceğini göstermiştir.