Bilim Adamları Yeni Düşük Sıcaklık Kimyasal Dönüşüm Sürecine Öncülük Ediyor
Fotoğraf : Argonne kimyacıları, geniş bir endüstriyel işlem yelpazesinde her ikisi de önemli kimyasallardan olan sikloheksanın sikloheksene veya sikloheksadiene dönüştürülmesinin bir yolunu belirlediler. Yeni işlem, istenmeyen yan ürünlerin oluşumunu ortadan kaldırarak düşük sıcaklıklarda gerçekleşir. Kaynak: Argonne Ulusal Laboratuvarı
Kimyacılar, kimyasal reaksiyonların başlaması veya hızlanması için çok fazla zaman ve enerji harcarlar; ancak bazen çok ileri gitmeden önce onları durdurmak da önemli olabilir.
ABD Enerji Dairesi (DOE) Argonne Ulusal Laboratuarı’ndan son zamanlarda yapılan bir çalışmada kimyacılar, sikloheksanın sikloheksene ya da sikloheksadiene dönüştürülmesinin bir yolunu, çok çeşitli endüstriyel işlemlerde önemli kimyasalları tanımlamışlardır. Önemli olarak, bu işlem, istenmeyen karbon-karbon bağlarının kopmasından kaynaklanan karbon dioksit oluşumunu elimine ederek düşük sıcaklıklarda gerçekleşmiştir.
Argonne kimyager Stefan Vajda’ya göre, şu anda Prag’daki J. Heyrovský Fiziksel Kimya Enstitüsü’ndeki kimyasal reaksiyonlarda sikloheksan önemli bir başlangıç molekülüdür. Bununla birlikte, reaksiyonu başlatmak için uygun bir katalizör olmadan, sikloheksanın faydalı ürünlere dönüştürülmesi tipik olarak, büyük miktarda enerji harcaması yoluyla üretilen yüksek sıcaklıklar gerektirir ve işlem, aynı zamanda, zayıf seçicilikten de muzdarip olabilir.
Çalışmada, Vajda ve Argonne kimyager Larry Curtiss ve uluslararası işbirliği ekibi, hidrojen moleküllerinin daha büyük bir molekülten sıyrıldığı oksidatif dehidrojenasyon adı verilen bir reaksiyonu inceledi. Sınırlı sayıda hidrojen-karbon bağı kesilerek reaksiyon, karbon dioksite yanmadan önce sikloheksen ve sikloheksadien üretebildi.
Çalışma, Argonne ekibi tarafından, iki ana bileşenin eklenmesiyle sikloheksanın ve sikloheksenin dehidrojenasyonuna ilişkin önceki çalışmalarda geliştirildi.
Araştırmacılar, kümelerin katalitik testi sırasında katalizörlerin yapısını ve stabilitesini gerçek zamanlı olarak izlemek için, bir DOE Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi olan Argonne’nin Gelişmiş Foton Kaynağında (APS) X-ışını saçılma teknikleri kullandılar. Kümelerin, sikloheksanın yaklaşık 100 santigrat derece sıcaklıklarda kısmi dehidrojenasyonunu gerçekleştirdiklerini keşfettiler , bu tür bir reaksiyon için daha önce gözlenenden çok daha düşük ve kümeler, 300 ° C’ye kadar olan reaksiyon sıcaklıklarında oksitlenmiş yapılarını ve kararlılıklarını korudular .
Vajda, “Bu dönüşümü daha düşük sıcaklıklarda gerçekleştirebilmemiz, ara hidrojenden arındırma ürünleri sikloheksen ve sikloheksadien’in istenmeyen ürünlere daha fazla dönüştürülmesini önler” dedi.
Kobalt katalizörlerinin aktivitesinin ve seçiciliğinin arkasındaki temel mekanizmaları daha iyi anlamak için, araştırmacılar reaksiyon yollarını modellemek için yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları kullandılar. Curtiss, “Kobalt kümelerinin mükemmel performansı, kümelerdeki yüksek düzeyde aktif kobalt atomlarını ortaya çıkaran ve kümelerin oksitlenmiş yapısının ürünün düşük sıcaklık oluşumuna neden olduğunu gösteren teorik hesaplamalar ile açıklanabilir.” dedi.
Kaynak : phys.org
