مدل سازی نظری و مطالعه تجربی تعیین مكانیسم تجزیه حامل هیدروژن آلی مایع "ایزوپروپیل الكل" بر روی خوشه های پلاتین: بررسی اثرات پیكربندی و اندازه ساختار
تاریخ دفاع
مقطع تحصیلی
كارشناسی ارشد
گروه آموزشی
شیمی آلی
استاد
علیرضا نجفی چرمهینی
دانشکده
شیمی
در این پژوهش سعی بر آن شده است که با استفاده از تلفیق محاسبات DFT و روشهای آزمایشگاهی مکانیسم تجزیه ایزوپروپیل الکل بهعنوان حامل هیدروژن آلی مایع بر روی خوشههای پلاتین مشخص گردد. در گام نخست به منظور بررسی نظری، خوشهای متشکل از 13 اتم پلاتین با پیکربندی D5h انتخاب گردید و تمامی مسیر محتمل برای تفکیک و تجزیه پیوندهای ایزوپروپیل الکل بر روی آن بررسی شد. مشاهده گردید که مسیر منتهی به پروپن-2-ال/هیدروژن در نتیجه تفکیک متوالی پیوندهای C2-H2 و C1-H3 مطلوبترین مسیر برای تجزیه ایزوپروپیل الکل بر روی خوشه D5h میباشد. سپس در قدم بعد مسیرهای اصلی دارای کمترین مقادیر سد انرژی برای بررسی نحوه اثرگذاری تغییر پیکربندی و اندازه خوشه بر روند مکانیسم، بر روی خوشههای 13 اتمی پلاتین با پیکر بندی Ih و C2v و دو خوشه 12 و 14 اتمی مورد مطالعه قرار گرفتند. مشخص شد که با کاهش تقارن پیکربندی خوشه 13 اتمی و یا افزایش تعداد اتمهای تشکیل دهنده خوشه، مسیر تجزیه ایزوپروپیل الکل تغییر یافته و مسیر منتهی به تولید استون/هیدروژن در نتیجه شکست متوالی پیوندهای O-H1 و C2-H2 از سد انرژی کمتری نسبت به دیگر مسیرها یرخوردار است. اما در بررسی صورت گرفته شده بر روی خوشه 13 اتمی با تقارن بالا و خوشه 12 اتمی مسیر اصلی تجزیه، نسبت به خوشه D5h تغییر نکرد. در گام دوم برای بررسی اطلاعات بدست آمده از محاسبات تئوری، آزمایشی با استفاده از یک راکتور بستر ثابت در حضور کاتالیست ناهمگن تهیه شده از نانوذرات فوق کوچک و شبه تک اتمهای پلاتین تثبیت شده بر روی بستر نانوسیلیس فیبری (Pt3.4%/DFNS)، طراحی شد و عملکرد آن در شرایط عملیاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که محاسبات تئوری برای ایزوپروپیل الکل، تاکید بر غالب بودن واکنش هیدروژنزدایی نسبت به واکنش آبگیری دارد، نتایج آزمایشات تجربی نیز واکنش هیدروژنزدایی ایزوپروپیل الکل به استون و هیدروژن را در دماهای پایین عملیاتی بهعنوان واکنش غالب برای این الکل نوع دوم نشان داد که با افزایش دما این روند به طور کامل تغییر کرده و تولید پروپن/آب واکنش غالب برای ایزوپروپیل الکل میشود. نانو کاتالیست تهیه شده در شرایط دمایی 190 درجه سانتیگراد و تنها با یک مرتبه عبور جزء واکنشدهنده، منجر به تحقق نرخ تبدیل 41-43 درصد نسبت به تولید استون/هیدروژن با گزینشپذیری 100 درصد شد.
واژههای کلیدی: حاملهای هیدروژن آلی مایع، هیدروژن سبز، ایزوپروپیل الکل، خوشههای فلزی، نانوذرات پلاتین، DFNS، DFT.