Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Ghiaci,Hossein Farrokhpour
مهران غیاثی (استاد راهنما) حسین فرخ پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sayyed mahdi Hosseini vardanjani
سیدمهدی حسینی وردنجانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394

TITLE

Experimental and Theoretical Study on Nanostructures based Carbon Nitride and Modified Carbon Fibers for Oxidation and Reduction of Organic Compounds at Catalytic and Photocatalytic Conditions
Generally, the present thesis consists of two sections in which graphitic carbon nitride (g-C 3 N 4 ) were studied by DFT method and the role of deposited transition metals on the optical properties of g-C 3 N 4 were investigated. In the next section new modification methods for improving the carbon fiber felt features introduced and proper nanocatalysts for catalytic oxidation of organic compound were prepared. In the first project, the adsorption of Pdn cluster with different size (n=2–8) on graphitized carbon nitride (g-C 3 N 4 ) quantum dot has been studied using the density functional theory (DFT). Various complexes showed tendency for landing at different sites and have various charge transfer direction depended on the cluster size. In the second project Pd 2 /g-C 3 N 4 were used for investigation of the acetylene hydrogenation. This catalyst finally reduced activation energy of acetylene hydrogenation rather to the ethylene reduction and as a results has more selective for preparation of ethylene. In the third study, a mesoporous photo-catalyst based on Au-Pd nanoparticles incorporated into g-C 3 N 4 was prepared by a co-assembly method. The results demonstrated that the Au-Pd-containing catalyst exhibited superior performance compared to its counterparts containing monometallic nanoparticles. In the next project fabrication of a novel catalyst based on carbon fiber felt (CFF), which was achieved through three steps: co-assembly with immobilization, flooding and condensation. Efficient immobilization of Au-Pd bi-metallic and very regular spring-like TiO 2 layer around the Au-Pd/CFF structure are two main distinct features of the newly-prepared catalyst. And in the final project cobalt nanoparticles deposited on the nitrogen-doped CFF were coated by coil shape mesoporous TiO 2 -SiO 2 and the final catalyst were used in the aerobic oxidation of ethylbenzene in mild conditions.
رساله پیش رو از دو بخش تشکیل شده است که در بخش اول مطالعه ساختاری کربن نیترید گرافیتی (g-C 3 N 4 )، تاثیر تثبیت فلزات واسطه در بهبود خواص آن و نقش ساختارهای برپایه g-C 3 N 4 در پیشبرد واکنش های کاتالیستی و فوتوکاتالیستی مدنظر بوده است و در بخش دوم روشهای نوینی به جهت بهبود خواص میکروالیاف کربنی نمدی جهت تشکیل نانوساختارهای موثر در اکسایش کاتالیستی ترکیبات آلی پیشنهاد شده است. نهایتا آنکه مباحث مطرح شده در این رساله به تفکیک در قالب پنج پژوهش گرد آوری شده است. در پژوهش اول تثبیت کلاسترهای با اندازه های متفاوت (n= 2, 4, 6, 8) از پالادیوم بر روی تک لایه g-C 3 N 4 انجام و تاثیر این کلاسترها بر بهبود خواص نوری، ساختاری، الکترونی و هندسی تک لایه با استفاده از روش محاسباتی تابعی چگالی الکترونی (DFT) مورد بررسی قرار گرفت. بسته به اندازه کلاستر محل قرارگیری آن بر روی بستر متفاوت بوده و کلاسترهای کوچکتر از هشت تایی انتقال بار کلاستر به بستر را نشان می دهند در حالی که برای کلاستر هشت تایی جهت انتقال معکوس می شود. علاوه برآن افزایش اندازه کلاستر موجب جابجا شدن طول موج جذبی بستر به سمت مقادیر بالاتر، کاهش احتمال ترکیب مجدد حامل های باری و فعالتر شدن بستر در ناحیه مرئی شده است. در پژوهش دوم کمپلکس Pd 2 /g-C 3 N 4 از سری کمپلکس های پژوهش اول انتخاب و مکانیسم هیدروژن دار شدن استیلن بر روی این ساختار با استفاده از روش DFT بررسی شد. مکانیسم کاهش که خود به ترتیب از دو مرحله تولید اتیلن و اتان گذر می‌کند، انرژی های فعالسازی متفاوتی برای این مراحل در نتیجه حضور کاتالیست های مختلف دارد که در این مورد کاتالیست Pd 2 /g-C 3 N 4 ، اتیلن را با انرژی فعالسازی پایین تری در مقایسه با اتان تولید می‌کند و همین امر منجر به گزینش پذیر بودن کاتالیست برای تولید اتیلن می‌شود. علاوه بر آن با استفاده از محاسبات اتم ها در مولکول ها، حدواسط ها، حالات گذار و محصولات دقیق برای مرحله به مرحله این فرآیند بررسی گردید و مکانیسم دقیق این واکنش در حضور کاتالیست انتخابی معرفی شد. پژوهش سوم نقش ساختار دوفلزی Au-Pd را در بهبود خواص نوری و فعالیت فوتوکاتالیستی g-C 3 N 4 به طریق نظری و تجربی بررسی می‌کند. تثبیت این فلزات طی روش ترکیبی پالس لیزری، تلقیح و تراکم موجب جاسازی موثر آنها در ماتریکس g-C 3 N 4 شده و در ادامه این فلزات مطابق با نتایج آزمون مدلسازی و شبیه سازی با جلوگیری از ترکیب مجدد االکترون-حفره از طریق پیشبرد انتقال بار از کلاستر به بستر موجب بهبود خواص الکترونی و نوری بستر شده‌اند. این نانوساختار در ادامه بنزن را طی اکسایش فوتوکاتالیستی تحت شرایط ملایم در حضور نور مرئی به صورت گزینش پذیر به فنول تبدیل می‌کند. در پژوهش چهارم نمد‌های کربنی حاوی میکرو الیاف کربنی پس از تثبیت نانوذرات Au-Pd با استفاده از روش غرقابی توسط تیتانیوم دی اکسید پوشش داده شدند. این ساختار پوشش داده شده که حاوی بلورهای منظم، مارپیچی و فنری شکل TiO 2 حول الیاف نامبرده می باشد، ویژگی های بافتی و مقاومت مکانیکی، گرمایی و شیمیایی کامپوزیت را در مقایسه با الیاف خالص بهبود بخشیده و در ادامه نانوکاتالیست Au-Pd/CFF@TiO 2 در شرایط گرمایی ملایم قابلیت مطلوبی برای اکسایش گزینش پذیر بنزن به فنول پیدا کرده است. علاوه بر آن کاتالیست بدست آمده در واکنش اکسایش تا هشت واکنش پیاپی فعالیت خود را حفظ کرده است. پژوهش پنجم هم مشابه با پژوهش قبل با هدف بهبود خواص این خانواده از الیاف کربنی به طراحی نانوساختار مناسب برای اکسایش اتیل بنزن پرداخته است. در این مطالعه تثبیت نانوذرات کبالت بر روی نمدهای کربنی دوپ شده با نیتروژن بررسی شد و در ادامه پوششی منظم و مارپیچی از تیتانیوم سیلیکات مزوپور منجر به تشکیل نانوساختار Co/N-CFF@TiO 2 -SiO 2 گردیده است. نهایتا آنکه این کاتالیست منجر به تشکیل استوفنون با گزینش پذیری و بهره مطلوب تحت اکسایش هوازی اتیل بنزن شده است. در این مورد نیز مشابه با پژوهش قبل، به دلیل بهبود خواص ساختاری و مکانیکی، کاتالیست مورد نظر قابلیت مناسبی را در واکنش های پیاپی داشته است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی