Kataliz, gelişmiş ülkelerde petrokimya işlemlerinin %80’inden fazlasından görevli olduğu ve gayri safi yurtiçi hasılanın %30’undan fazlasına katkıda bulunmuş olduğu tahmin edilen çağıl kimya endüstrisinin kalbinde yer verilmiştir. [1], [2], [3], [4], [5]. Çeşitli katalitik reaksiyonlar içinde oksidasyon ve hidrojenasyon reaksiyonları kimya, ziraat, ilaç, besin, otomobil ve tıp endüstrileri benzer biçimde birçok mühim sektörde ehemmiyet arz etmektedir (Şema 1) [6]. Katalitik oksidasyon ikinci en büyük süreç olarak kabul edilir ve epoksitler, alkoller, ketonlar, aldehitler, esterler benzer biçimde ucuz petrolden katma kıymeti yüksek birçok kimyasal ve ara ürün üreten kimya endüstrisindeki ürünlerin neredeyse üçte birini oluşturur. asitler [7], [8], [9], [10]. Liflerin ve plastiklerin imalatındaki monomerlerin neredeyse tamamının katalitik oksidasyon yöntemiyle üretildiğine dikkat edilmelidir. [11]. Katalitik hidrojenasyon ek olarak, insanların günlük yaşamlarının gereksinimlerini karşılamaya büyük seviyede katkıda bulunan CC çoklu bağlarının, doymamış ketonların yada aldehitlerin vb. [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19].
Katalizörlerin geliştirilmesi, reaksiyonun daha düşük enerji bariyeri ile alternatif bir yoldan gerçekleşmesini teşvik etmede merkezi bir rol oynayan, kimyasal reaksiyonları daha süratli, daha ucuz ve kimi zaman daha yeşil hale getiren kataliz bilimindeki temel mevzudur. [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26]. Verimli katalitik oksidasyon ve hidrojenasyon elde etmek için oldukça sayıda katalizör geliştirilmiştir. [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33]. Bu katalizörler esas olarak iki ana bölüme ayrılır: benzeşik ve ayrışık katalizörler. Oksidasyon ve hidrojenasyon için kullanılan benzeşik katalizörlerin bir çok organometalik yada çözünür moleküler katalizörler olduğundan, yüksek derecede katalizör-reaktan etkileşimi sebebiyle muhteşem performans elde edebilirler ve oldukça sayıda endüstriyel işlemde kullanılmıştır. [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43]. Bununla beraber, yüksek katalizör geri kazanım maliyetleri ve benzeşik katalizörlerin sınırı olan stabilitesi, daha çok geliştirmenin önünde engellemeler olmaya devam etmektedir. Benzeşik katalizörlerle karşılaştırıldığında, ayrışık katalizörler, iyi geri dönüştürülebilirlik, kolay ayrılma ve daha azca korozyon benzer biçimde birçok avantaja haizdir; bu özellikler, büyük ilgi görmüş ve dünya genelinde araştırma noktaları haline gelmiştir. [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50].
Son birkaç on yılda, benzeşik katalizörlerle karşılaştırılabilir aktiviteye haiz ayrışık katalizörlerin geliştirilmesinde çok önemli ilerleme kaydedilmiştir. Paladyum, altın, platin ve rodyum benzer biçimde birkaç asil metal ilk olarak oksidasyon ve hidrojenasyon reaksiyonu için katalizör olarak tanıtıldı. [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], sadece asil metallerin yüksek maliyeti ve nadirliği, ergonomik uygulamalarına katı engellemeler getirir. Bu sorunları ele almak için, bu pahalı metallerin miktarını azaltmak ve asil metal içermeyen alternatifler geliştirmek için mühim çabalar sarf edilmiştir. Ucuz ve verimli katalizörler elde etmenin en etkili şekillerinden biri, metal etken bir türün uygun bir destek üstüne dağıtılması, böylece metal NP’lerin boyutunun küçültülmesi ve kullanım etkinliklerinin maksimize edilmesidir. [59], [60], [61]. Kontrol edilen oldukça sayıda destek içinde gözenekli karbon bazlı destek sunar, geniş spesifik yüzey alanı, yüksek gözenekliliği, muhteşem kimyasal ve mekanik kararlılığı, muhteşem elektriksel ve termal iletkenliği ve bolluğu sebebiyle en mühim ve yaygın adaylardan biri olarak kabul edilmiştir. hammadde ve düşük üretim maliyeti [62], [63], [64], [65]. Gözenekli karbon destekli metal katalizörler çoğu zaman yüksek bir NP dağılımına ve gelişmiş elektron aktarma verimliliğine haizdir ve birçok katalitik tepki için muhteşem performans sağlar. [66], [67], [68]. Ek olarak, gözenekliliği ayarlamak ve katkılı heteroatomları karbona dahil etmek, karbon destekli metal katalizörün katalitik aktivitesini daha da artırabilir. [69], [70]. Karbon destekli metal katalizörleri yapım etmek için başlıca iki genel hazırlama yöntemi vardır: biri organik öncülerin metal türleri ile pirolizi, diğeri ise metal NP’lerin gözenekli karbon matrisi üstüne biriktirilmesidir. [71], [72], [73]. Yukarıdaki yöntemlerle sentezlenen birçok karbon destekli metal katalizör hem de geniş bir tepki yelpazesi için nispeten iyi katalitik performans sergilemiş olsa da, muntazam dağılmış ultra ince metal NP’ler ve yüksek konsantrasyonda katkılı heteroatomlar ile karbon destekli katalizörler oluşturmak oldukça arzu edilir sadece zor olsa gerek. kolay yöntem [74], [75], [76], [77], [78].
İnorganik metal parçalarından ve organik ligandlardan oluşan yeni ortaya çıkan gözenekli malzemeler olarak metal organik çerçeveler (MOF’ler), artan ilgiyi çekmiş ve yüksek yüzey alanları, iyi tanımlanmış gözenek boyutu dağılımları, yoğun açıklığı sebebiyle birçok katalitik reaksiyona yönelik ümit verici beklentiler olarak gösterilmiştir. metal siteler, bileşimsel çeşitlilik ve kolay terzilik [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87], [88], [89], [90]. Eşi olmayan bileşimsel ve yapısal avantajları yardımıyla, MOF’ler yeni olanaklar açtı ve karbon destekli metal katalizör üretimi için ideal fedakâr şablonlar/öncüler olduklarını kanıtladılar. [91], [92], [93], [94]. Belirli atmosferler altında yüksek sıcaklıklarda işlendikten sonrasında, MOF öncüllerinin organik ligandları yavaş yavaş ayrışır ve karbon matrisine dönüşür; ayrıca, organik ligandların etrafındaki metal düğümler, liganddan türetilen karbon matrisine gömülü karşılık gelen metal yada metal kompleksi NP’lerine yerinde dönüştürülür. [95]. Geleneksel yöntemle karşılaştırıldığında, MOF’tan türetilen strateji hem rahat hem de oldukça yönlüdür. Gözenekli yapılar inşa etmenin ve metal türlerini biriktirmenin karmaşık ve süre alıcı prosedürlerinden kaçınır ve bunun yerine MOF’lerin öncüllerinin rahat bir tek adımlı terolizini gerçekleştirir. Bilhassa, MOF türevli ürünler, MOF’lerin öncüsünün kimyasal bileşimini, yüksek yüzey alanını, gözenekli yapısını ve hususi morfolojisini kısmen miras alabilir ve değişik elementler içeren organik ligandlardan tekdüze heteroatom katkısı elde edebilir. [96]. Bu yüzden, MOF’tan türetilen ürünler, MOF öncüllerinin topolojik yapısının yanı sıra metal ve ligand düğümlerinin tipini denetim ederek rasyonel bir halde tasarlanabilir. [97], [98]. Ek olarak, MOF türevli gözenekli metal oksit ve metalsiz karbonlu katalizör, kalsinasyon atmosferini ayarlayarak yada kimyasal dağlama prosedürü getirerek hazırlanabilir, bunlar da birkaç tepki için ümit verici katalizörlerdir. [99].
Oldukca sayıda MOF türevi gözenekli nanomalzemeler geliştirilmiş ve enerji depolama ve dönüştürme benzer biçimde çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. [100], [101], [102]gaz adsorpsiyonu ve ayırma [103], [104]kimyasal sensörler [105], [106] ve kataliz [107], [108], [109], [110]. Kataliz alanında, MOF’tan türetilen gözenekli katalizörler, hidrojen oluşum reaksiyonları (HER), oksijen oluşum reaksiyonları (OER), oksijen indirgeme reaksiyonları (ORR) vb. dahil olmak suretiyle muhteşem elektriksel iletkenlikleri sebebiyle elektrokatalitik redoks reaksiyonlarında kapsamlı bir halde uygulanmıştır. [111], [112], [113], [114]. Son zamanlarda bilim adamları, MOF türevi gözenekli katalizörlerin organik kataliz için iyi beklentiler sergilediğini ve katkı maddelerine güvenme yada sert tepki koşulları, düşük verimlilik, çevresel tehlikeler ve atık emisyonu benzer biçimde sorunları çözmek için ümit verici çözümler sağladığını buldular. [115], [116]. Birkaç gözden geçirme makalesi, MOF türevli nanomalzemelerin ayrışık katalizde kullanımını özetlemek gerekirse tanıtmaktadır. [117], [118], [119], [120], [121]. Mesela, içi boş heteroyapılara, değişik bileşenlere ve etken bölge tiplerine haiz değişik stratejilerle hazırlanan MOF türevi katalizörler, oksijen indirgeme, hidrojen çökeltme, su ayırma vb. dahil olmak suretiyle elektrokatalitik uygulamalarda yüksek aktivite, seçicilik ve kararlılık sergiler. [122], [123], [124], [125]. MOF türevlerinin tasarımı, ince kimyasalların üretiminde mühim avantajlara haiz olan katalitik organik reaksiyonlar sürecinde yüksek aktiviteyi korumanın anahtarıdır. [126]. MOF türevli nanomalzemelere dayalı yakıtların verimli oksidatif kükürt yok etme ve denitrojenasyonu da büyük ilgi görmüştür. [127]. Bununla beraber, endüstriyel ilgili oksidasyon ve hidrojenasyon için MOF türevli katalizörlerin yapı-aktivite ilişkisi üstüne meydana getirilen emek harcama hakkında detaylı bir incelemenin olmadığını görüyoruz. Bu derlemede, ilkin çeşitli MOF türevli katalizörlerin tanıtımını ve bunların oksidasyon ve hidrojenasyon katalizi için avantajlarını sunuyoruz. Peşinden, alkollerin oksidasyonu, biyokütlenin oksidasyonu, doymamış yada doymuş hidrokarbonların oksidasyonu, nitro bileşiklerinin hidrojenasyonu, biyokütlenin hidrojenasyonu, doymamış hidrokarbonlar, vb (Şema 2). MOF türevli nanomalzemelerin bireşim parametreleri, kimyasal bileşimleri ve gözenekli yapıları ile katalitik performansları arasındaki ilişkiler vurgulanmıştır (Şema 3). Son olarak, gelecekteki bazı araştırma mevzularını ve bu alandaki mevcut zorlukları tartışıyoruz.
Source: www.sciencedirect.com