Kataliz alanında “kutsal kase” reaksiyonları terimi, insanlığın geleceği için önemli bilimsel, ekonomik ve çevresel sürdürülebilirlik değerine sahip reaksiyonları ifade eder. Bu reaksiyonlar, çeşitli değerli kimyasal ürünler üretmek için metan (CH4), su (H2O), karbondioksit (CO2) ve nitrojen (N2) gibi Dünya’da bol miktarda bulunan ve kolayca elde edilebilen kaynakları kullanır.
Önemlerine rağmen bu reaksiyonlar, reaktanların kimyasal inertliği ve ürünlerin nispeten yüksek reaktivitesi nedeniyle genellikle düşük dönüşüm oranları ve zayıf seçicilikten muzdariptir. Aktivasyon enerjisi bariyerini düşürmek için yeni katalizörler geliştirmek büyük bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Kısmen yüklü, iyi tanımlanmış ve ayarlanabilir yapılara sahip tek metal atomları içeren tek atomlu katalizörler (SAC’ler), umut verici bir heterojen katalizör sınıfını temsil etmektedir. Yeni SAC’lerin geliştirilmesi sadece aktif metallerde atomik kullanım verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda reaksiyon mekanizmalarının ve yapı-aktivite ilişkilerinin daha iyi anlaşılmasını sağlar.
Son yıllarda, ortaya çıkan SAC’ler, konversiyonu ve seçiciliği iyileştirmeyi ve/veya daha hafif reaksiyon koşullarını mümkün kılmayı amaçlayan bu zorlu “kutsal kase” reaksiyonlarında benimsenmiştir.
Bu bağlamda, Prof. Ning Yan (Singapur Ulusal Üniversitesi), Prof. Tao Zhang (Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü, CAS) ve ortak çalışanlar, beş “kutsal kase” reaksiyonunda SAC’lerin en son uygulamalarını değerlendiren bir perspektif yayımladılar. Metanole kısmi metan oksidasyonu, oksidatif olmayan metan birleştirme, fotokatalitik su ayrıştırma, fotokatalitik CO2 indirgeme ve azot indirgeme. Bu perspektif Chinese Journal of Catalysis dergisinde yayımlanmıştır.
Yapısal olarak iyi tanımlanmış tek atomlu metal alanlara sahip SAC’ler, inert moleküllerle etkileşime giren ve dönüşüm sürecini hassas bir şekilde düzenleyerek hedef ürünün seçici üretimini sağlayan özel geometrik ve elektronik yapılara sahiptir. Bazı SAC’ler, moleküler düzeyde tanımlanmış destek ve birleşik koordinasyon ortamlarından oluşur ve gelişmiş spektroskopik teknikler ve DFT hesaplaması ile birleştirildiğinde derinlemesine mekanik çalışmalar için ideal model katalizörler olarak hareket eder.
Bu arada, farklı koordinasyon yapılarına sahip iki tek atomlu bölge veya bir tek atomlu bölge ve diğer tek atomlu olmayan bölgeler içeren çok bölgeli katalizörler gibi yeni katalitik malzemeler, birden fazla türün aktivasyonunu kolaylaştırarak reaksiyona sinerjik etkiler sağlayabilir.
Alandaki potansiyel gelecek yönelimleri arasında mekanizmaların ve yapı-aktivite ilişkilerinin daha fazla araştırılması, verimli katalizör taraması için gelişmiş bilgi teknolojisinden yararlanılması, katalitik malzemelerin uygulama kapsamını genişletmek için yeni katalitik bölgelerin tasarlanması ve çalışma koşulları altında SAC’lerin kararlılığının iyileştirilmesi yer almaktadır. [1]“Single-atom catalysis: In search of ‘holy grails’ in catalysis” yazısından çevrilmiştir.
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “Single-atom catalysis: In search of ‘holy grails’ in catalysis” yazısından çevrilmiştir. |
|---|
