Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Bond Activation and Catalysis through Solid Frustrated Lewis Pairs

Alternativ tittel: Faststoffer med frustrerte Lewis par for bindingsaktivering og katalyse

Tildelt: kr 12,0 mill.

Prosjektnummer:

325731

Søknadstype:

Prosjektperiode:

2021 - 2026

Samarbeidsland:

Lewis baser og syrer er et grunnleggende konsept i kjemien. Lewis syrer er kjemiske forbindelser som mottar elektronpar, mens Lewis baser donerer elektronpar. Vanligvis vil en Lewis syre reagere med en Lewis base for å danne en binding og dermed en ny forbindelse. De reaktive sentrene i enzymer er et eksempel på Lewis syrer som er omgitt av flere Lewis baser. Når Lewis syrer og Lewis baser ikke kan komme nær nok hverandre for bindingsdannelse, får vi det som kalles frustrerte Lewis par (FLP). I disse tilfellene kan den kjemiske reaktiviteten til Lewis syren og basen manifestere seg på forskjellige og spennende måter. Opprinnelig ble frustrerte Lewis par oppdaget og undersøkt i løsning ved bruk av klumpete molekyler. FLPer har vist evnen til å bryte bindingene i små molekyler som hydrogen og dinitrogen eller gjøre dem mer reaktive. Derfor kan disse molekylene ofte brukes i kjemiske transformasjoner under milde reaksjonsbetingelser, noe som kan resultere i mer miljøvennlige og mindre energikrevende kjemiske prosesser. Disse egenskapene er relevante for mulige anvendelser innenfor bruk av hydrogen i hydrogeneringsreaksjoner og aktivering og transformasjon av andre små molekyler. Eksempler er ammoniakksyntese og hydrogenering av industrielt relevante aromatiske forbindelser. Dette prosjektet har som mål å introdusere de katalytiske egenskapene til FLP i porøse faste stoffer, såkalte metall-organiske rammeverk, som har veldefinerte krystallstrukturer og egenskaper. Faststoffer skilles lett fra reaktanter i gass- eller flytende fase, noe som er en betydelig fordel ved utvikling av industrielle prosesser. Prosjektet fokuserer på oppdagelse av nye materialer, undersøkelse av materialenes egenskaper med eksperimentelle og teoretiske metoder, og vurdering om disse materialer er egnet til videre prosessutvikling.

The aim of this project is the incorporation of chemical properties exhibited by frustrated Lewis pairs into metal-organic frameworks with their well-defined crystalline structure and investigation of the properties of these solid systems towards small-molecule activation. Frustrated Lewis pairs (FLPs) are systems, in which a Lewis acid and a Lewis base are prevented - typically due to stereochemical reasons - to approach close enough for formation of a dative bond. Since the discovery that FLPs can dissociate the dihydrogen molecule under formation of a zwitter-ionic compound, their reactivity has been shown to be even more versatile in many types of catalytic and non-catalytic reactions. Prime among these is the use as hydrogenation catalysts. In addition, FLPs have been found to activate many more small molecules beyond dihydrogen. FLP chemistry has been explored almost exclusively in solution to date. Here, we propose to prepare metal-organic frameworks (MOFs) that carry strong Lewis acid and Lewis base functionalities oriented in such a fashion that FLP reactivity is preserved in the solid. To achieve this goal, bifunctional organic linkers carrying the network creating carboxylate groups and Lewis basic phosphorus will be used in the construction of the MOFs. The Lewis acidic functionality will be incorporated into the material either by impregnation with a soluble strong Lewis acid or in the form of coordinatively unsaturated metal sites on the inorganic nodes of the network. After successful preparation of the FLP-MOF material, its reactivity towards hydrogen dissociation and dinitrogen activation will be investigated and its activity in catalytic hydrogenation of aromatic substrates and nitrogen to ammonia will be evaluated. As a consequence, the project may open up a path towards preparation of a heterogeneous system with FLP functionality and (and beyond that a general approach to preparation of single-site catalyst systems using phosphine based MOFs).

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale