طراحی و ساخت کاتالیزورهای جدید بر پایه نانوذرات طلا در حفرات جامدات مزومتخلخل منظم و کاربرد آنها در برخی تبدیلات شیمی آلی

هدف اصلی این رساله طراحی و سنتز کاتالیزور های نوین بر پایه نانوذرات طلای تثبیت شده بر روی بستر مزوحفرات سیلیکایی منظم و بررسی برخی از کاربردهای مهم این دسته از مواد در تبدیلات آلی می باشد. مطالعات انجام شده در این رساله در چهار فصل تقسیم بندی شده است. در فصل اول، مقدمه ای کلی در مورد عنصر طلا و تاریخچه نانوذرات طلا آورده شده است. علاوه بر این روش های متداول جهت سنتز نانوذرات طلا مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش پایانی فصل اول، کاربرد کاتالیزوری نانوذرات طلا در برخی فرآیندهای شیمیایی به طور خلاصه بررسی شده است. بر اساس این مرور در ادامه به اهداف کلی و رئوس مطالب این رساله پرداخته شده است. در فصل دوم، کاربردکاتالیزوری نانوذرات طلا در اکسایش هوازی الکل ها بررسی شده است. در بخش ابتدایی فصل دوم، با استفاده از سدیم تتراکلروآئورت اکسایش هوازی الکل ها مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج این پژوهش منجر به معرفی یک سیستم کاتالیزوری ساده و در عین حال کارا، قابل بازیافت و انتخاب پذیر برای اکسید نمودن هوازی الکل های مختلف به گونه های آلدهید و کتون شد. این واکنش در دمای اتاق و بدون نیاز به هیچ گونه پلیمر و یا اکسید فلزی برای پایداری نانوذرات طلا صورت گرفت. نتایج نشان دادند که الکل های مختلف نوع دوم آلیفاتیک، نوع اول و دوم آروماتیک و هتروآروماتیک می توانند به صورت موفقیت آمیزی در حضور مقدار کم از نانوکاتالیزور و در مدت زمان پایین، به محصولات کربونیلی مربوطه اکسید شوند. این سیستم کاتالیزوری انتخاب پذیری عالی را در اکسایش الکل های نوع اول به آلدهید از خود نشان می دهد, بطوریکه هیچ گونه مشاهده ای مبنی بر تشکیل اسید برای الکل های نوع اول استفاده شده صورت نگرفته است. همچنین این کاتالیزور تحت اتسفر هوا هم فعالیت خوبی را از خود به نمایش گذاشت. مطالعات ساختار شناسی میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف سنجی ماوراء بنفش و اسپکتروسکوپی فتوالکترون اشعه ایکس(xps) این کاتالیزور بیانگر آن است که نانوذرات فلزی طلا در محدوده 15-80 نانومتر بر روی سطح سزیم کربنات تثبیت شده اند. این مطالعه همچنین نشان داد که کاتالیزور می تواند حداقل 3 بار به آسانی بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار گیرد. در بخش پایانی فصل دوم، فعالیت کاتالیزوری نانوذرات طلای تثبیت شده در داخل ساختارهای نانوحفره سیلیکایی در فرآیند اکسایش هوازی الکل ها مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا، تهیه و شناسایی نانوذرات طلا بررسی شده است. در مرحله بعد، کاربرد کاتالیزوری این ترکیبات در واکنش اکسایش هوازی الکل ها در حضور سزیم کربنات مطالعه شده است. این مطالعات نشان داده از میان کاتالیزورهای سنتز شده، نانوذرات طلای تثبیت شده بر روی بستر مزوحفره منظم اورگانوسیلیکا فعال ترین کاتالیزور در واکنش اکسایش هوازی الکل ها می باشد. نتایج نشان دادند که الکل های مختلف نوع اول و دوم آلیفاتیک، آروماتیک، هتروآروماتیک و آلیلی می توانند به صورت موفقیت آمیزی در حضور مقدار کم از کاتالیزور au@pmo و در مدت زمان پایین، به محصولات کربونیلی مربوطه اکسید شوند. این مطالعه همچنین نشان داد که کاتالیزور می تواند حداقل 7 بار به آسانی بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار گیرد و محصولات کربونیلی مربوطه را با بازده عالی تولید کند. علاوه بر این، آزمایش جذب-واجذب نیتروژن و آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری کاتالیزور بازیافتی، کارایی بالای نانوساختار در تثبیت موفق نانوذرات فعال و پایدار طلا را تایید کردند. در فصل سوم، کاربرد نانوذرات طلا در واکنش های جفت شدن سوزوکی، هک، اتری شدن و اولمن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که نانوذرات طلای تهیه شده در واکنش های سوزوکی، هک و اتری شدن کاملا غیر فعال می باشند. در این میان نانوذرات طلای تثبیت شده در ساختار نانوحفره ارگانوسیلیکای منظم au@pmo کارایی مناسبی در واکنش جفت شدن اولمن نشان داده است. این مطالعه نشان داد که کاتالیزور می تواند 4 مرتبه بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار گیرد. لازم به ذکر است که این دستاورد به عنوان اولین گزارش در مورد کاربرد کاتالیزوری طلا در فرآیند جفت شدن اولمن ارائه شده است.