طراحی، ساخت، شناسایی و کاربردهای سیلیکا کلرید نانوحفره منظم جدید و نانوذرات پالادیوم بر پایه کربن مزومتخلخل منظم

هدف اصلی این رساله طراحی، ساخت، و شناسایی سیلیکا کلرایدهای نانوحفره منظم و کربن های مزومتخلخل منظم جدید و بررسی برخی از کاربردهای مهم این دسته از مواد در تبدیلات آلی می باشد. مطالعات انجام شده در این رساله در چهار فصل تقسیم بندی شده است. در فصل اول، مقدمه ای کلی درباره خصوصیات و ویژگی های مواد مزومتخلخل بویژه مواد مزومتخلخل سیلیکایی آورده شده است. در ادامه این فصل، تهیه یک خانواده از سیلیکا کلرایدهای مزوحفره منظم با ساختار شش وجهی دوبعدی و درصد قابل تنظیم کلر، با واکنش دادن sba-15 با تیونیل کلرید، مورد بررسی قرار گرفته است و شناسایی این ترکیبات با روش های مختلف مانند آنالیزهای تخلخل سنجی، آنالیز عنصری و آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری، مورد بحث قرار می گیرد. در بخش پایانی فصل اول، کاربرد نانوساختار سنتز شده به عنوان کاتالیزورهای قابل بازیافت در واکنش های نوآرایی بکمن و پچمن بررسی شده است. در ابتدای فصل دوم، مقدمه ای کلی در مورد ترکیبات کربنی بویژه کربن های مزوحفره منظم بیان شده است و در ادامه طراحی، ساخت و شناسایی دسته ای جدید از ترکیبات کربنی نانومتخلخل که از پیش ماده های مایعات یونی تهیه شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است. برای نخستین بار سنتز یک ترکیب کربنی با ساختار نانوفیبری (ifmc) با روش نانوقالب-گیری ارائه شده است. همچنین، در این تحقیق نشان داده شده است که در فرآیند سنتز کربن های مزوحفره به روش نانوقالب گیری، علاوه بر نوع پیش ماده کربنی، نوع و روش پر کردن حفرات قالب، سبب تغییر در ساختار کربن سنتز شده، می شود. به گونه ایی که اگر در فرآیند نانوقالب گیری، به جای پر کردن حفرات sba-15 با مایع یونی با کمک حلال، از روش مستقیم و بدون حضور حلال استفاده شود، به جای کربن با ساختار نانوفیبری، کربن مزوحفره منظم (iomc) بدست می آید. در قسمت آخر فصل دوم، به تهیه کربن مزوحفره منظم با محتوی بالای نیتروژن (giomc) با استفاده از محلول مایع یونی/گوانین به عنوان پیش ماده کربنی، پرداخته شده است و بیان شده با این روش محتوی نیتروژن کربن تا 4/9 درصد افزایش یافته است. در این فصل، شناسایی ساختارهای ترکیبات کربنی سنتز شده توسط آنالیزهای تخلخل-سنجی، تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، توموگراف های الکترونی و تصاویر بازسازی شده سه بعدی، مورد بحث قرار می گیرد. در فصل سوم، کاربرد کاتالیزوری ترکیبات کربنی نانومتخلخل جدید در اکسایش هوازی الکل ها بررسی شده است. در بخش اول فصل سوم، در ابتدا، تهیه و شناسایی نانوذرات پالادیم روی کربن ifmc مورد بحث قرار گرفته است. مطالعات نشان می دهد که ترکیب کربنی ifmc بدست آمده از مایع یونی به عنوان بستری بسیار مناسب برای تثبیت نانوذرات پالادیم می باشد. این بستر به علت طبیعت منحصر بفردی که دارد, قادر است برهمکنش های جذب سطحی بسیار خوبی با نانوذرات پالادیم داشته باشد. در ادامه، فعالیت کاتالیزوری نانوذرات پالادیم تثبیت شده در داخل ساختارهای نانوفیبر کربنی (pd@ifmc) در فرآیند اکسایش هوازی الکل ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که الکل های مختلف نوع اول و دوم آروماتیک، آلیفاتیک، هتروآروماتیک و آلیلی می توانند به صورت موفقیت آمیزی در حلال آب، دمای پایین، و در حضور مقدار کم از کاتالیزور pd@ifmc، به محصولات کربونیلی مربوطه اکسید شوند. علاوه بر این، مطالعه حاضر به عنوان اولین مثال در عرصه کاتالیزورهای ناهمگن برپایه پالادیم در واکنش اکسایش الکل ها به حساب می آید که توانایی انجام فرآیند اکسایش الکل های بنزیلی در دمای محیط و با بازده عالی را دارد. این مطالعه همچنین نشان داد که کاتالیزور می تواند 6 بار بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار گیرد. در بخش پایانی فصل دوم، فعالیت کاتالیزوری ترکیب giomc در عدم حضور هرگونه کاتالیزور فلزی در فرآیند اکسایش هوازی الکل ها مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعات نشان داد که این سیستم کاتالیزوری قابل بازیافت، در دمای 80 درجه سانتی گراد و در حضور 18 درصد مولی سدیم نیتریت, برای اکسایش هوازی انواع الکل های نوع اول و دوم آلیفاتیک و آروماتیک کاربرد دارد. در فصل چهارم، مطالعات جامعی در زمینه کاربرد کاتالیزوری pd@ifmc در واکنش های جفت شدن کربن-کربن از جمله سوزوکی، هک، و اولمن انجام شده است. این مطالعات نشان داده اند که اگرچه این سیستم کاتالیزوری فعالیت چندان خوبی در فرآیندهای جفت شدن هک و سوزوکی نداشت ولی فعالیت بالای آن در فرآیند جفت شدن اولمن از محدود گزارش های مبنی بر انجام این واکنش توسط یک کاتالیزور ناهمگن در حلال آب است. این مطالعه نشان داد که pd@ifmc در واکنش اولمن انواع آریل هالیدها اعم از ترکیبات یدو, برمو و کلرو آرن های فعال و غیرفعال در حلال آب فعالیت بسیار بالایی داشته و می تواند 5 مرتبه بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار گیرد.