قائمة المواد الداعمة لمحفزات البلاديوم الحفازة

تُعد محفزات البلاديوم ضرورية في العديد من التفاعلات الكيميائية، خاصةً في الهدرجة والأكسدة وتكوين روابط الكربون والكربون. تتأثر فعالية محفزات البلاديوم بشكل كبير باختيار مادة الدعم. لا توفر الدعامة مساحة سطح كبيرة لتشتت البلاديوم فحسب، بل تؤثر أيضًا على استقرار المحفز ونشاطه وانتقائيته.

فيما يلي المواد الداعمة الرئيسية المستخدمة في تحفيز البلاديوم، حيث تقدم كل منها مزايا فريدة لتطبيقات مختلفة:

[1]

الشكل 1 محفزات البلاديوم القائمة على الكربون

1. الدعامات القائمة على الكربون

• الكربون المنشط (Pd/C): باعتباره أحد أكثر مواد الدعم شيوعًا، يوفر الكربون المنشط مساحة سطح عالية لتشتت البلاديوم. ويعتبر Pd/C فعالاً بشكل خاص في تفاعلات الهدرجة والتخليق الكيميائي الدقيق. وتساهم المسامية العالية للكربون وثباته في إعادة استخدام المحفز.
• الأنابيب النانوية الكربونية (Pd/CNT): توفر الأنابيب النانوية الكربونية مساحة سطح أكبر وموصلية ممتازة مقارنة بالكربون المنشط. وغالباً ما تُستخدم في التطبيقات المتقدمة مثل خلايا الوقود وأجهزة الاستشعار بسبب ثباتها الحراري والكيميائي العالي.

2. الألومينا (Al2O3)

• البلاديوم على الألومينا (Pd/Al2O3): تُعد الألومينا دعامة مستخدمة على نطاق واسع بسبب ثباتها الحراري العالي وقدرتها على تحمل التفاعلات في درجات الحرارة العالية. يشيع استخدام Pd/Al2O3 في عمليات الإصلاح التحفيزي ونزع الهيدروجين حيث تكون مقاومة درجات الحرارة العالية أمرًا بالغ الأهمية.
• جاما-ألومينا جاما: يُعرف هذا النوع من الألومينا بمساحة سطحه العالية وخصائصه الحمضية القابلة للضبط، والتي يمكن تكييفها لتفاعلات محددة، مثل الأكسدة الانتقائية أو الهدرجة.

3. السيليكا (SiO2)

• البلاديوم على السيليكا (Pd/SiO2): توفر السيليكا مساحة سطح عالية وغالبًا ما تستخدم في التفاعلات التي تتطلب دعامة محايدة. ويُعد Pd/SiO2 فعالاً بشكل خاص في التفاعلات مثل هدرجة ونزع الهيدروجين من المركبات العضوية. استقرار السيليكا وانخفاض حموضتها يجعلها مناسبة للعمليات التي تكون فيها تفاعلات الدعم الحمضي غير مرغوب فيها.

4. الزيوليت

• البلاديوم على الزيوليت (Pd/زيوليت): يوفر الزيوليت، ببنيته المسامية عالية الترتيب، خصائص تحفيزية فريدة من نوعها بسبب خصائصه الحمضية القاعدية وانتقائية الشكل. وغالبًا ما تُستخدم محفزات Pd/الزيوليت في تفاعلات مثل الهدرجة الانتقائية والتكسير الهيدروجيني المائي، حيث يمكن لحجم وشكل المسام توجيه النشاط التحفيزي.
• الزيوليت الهرمي: تحتوي هذه الزيوليتات على مسامات دقيقة ومسامات متوسطة على حد سواء، مما يوفر إمكانية وصول أفضل للجزيئات الأكبر حجمًا واستقرارًا أفضل، خاصة في تفاعلات مثل الأكسدة الانتقائية.

5. أكاسيد المعادن

• البلاديوم على ثاني أكسيد التيتانيوم (Pd/TiO2): ثاني أكسيد التيتانيوم هو مادة دعم مستقرة ومتعددة الاستخدامات. يُستخدم Pd/TiO2 في تفاعلات مثل الهدرجة والأكسدة، حيث تلعب دعامة التيتانيا دورًا في نقل الإلكترون والتحفيز الضوئي، خاصةً تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية.
• البلاديوم على الزركونيا (Pd/ZrO2): يُستخدم الزركونيا لثباته العالي في درجات الحرارة العالية. ويُعد Pd/ZrO2 فعالاً في تفاعلات مثل الهدرجة الانتقائية والأكسدة الانتقائية، حيث تكون الخصائص التحفيزية للبلاديوم والثبات الحراري للزركونيا ضرورية.

6. المغنيسيا (MgO)

• البلاديوم على المغنيسيا (Pd/MgO): يدعم أكسيد المغنيسيوم البلاديوم في التفاعلات التي تكون فيها الخصائص الأساسية والحرارية مهمة. وتُعد محفزات Pd/MgO مفيدة بشكل خاص في عمليات الهدرجة التحفيزية والإصلاح التحفيزي.

7. الجرافين

• البلاديوم على الجرافين (Pd/Graphene): يُستخدم الجرافين، بمساحة سطحه العالية وموصلية كهربائية وقوة ميكانيكية، بشكل متزايد كدعامة للبلاديوم. وتُعد محفزات Pd/الجرافين فعالة للغاية في تطبيقات الهيدروجين وخلايا الوقود، مما يوفر خصائص إلكترونية ونشاطًا محسنًا.

8. الدعامات البوليمرية

• البلاديوم على البوليمرات (Pd/البوليمر): يمكن استخدام البوليمرات مثل البوليسترين أو البولي إيثيلين لدعم البلاديوم في التفاعلات المتخصصة، وغالباً ما يكون ذلك في الحفز في المرحلة السائلة. يمكن أن توفر هذه الدعامات انتقائية وثباتًا فريدًا في العمليات التحفيزية التي تتضمن مذيبات عضوية.

9. الدعامات المعدنية

• البلاديوم على الذهب (Pd/Au): في بعض الحالات، يُستخدم الذهب كدعامة للبلاديوم بسبب خصائصه الإلكترونية الفريدة. وتُعد محفزات Pd/Au فعالة بشكل خاص في أنواع معينة من تفاعلات الأكسدة والهيدروجين، حيث يعزز سطح الذهب نشاط البلاديوم.
• البلاديوم على النحاس (Pd/Cu): يدعم النحاس البلاديوم في التفاعلات التي تتطلب توازنًا بين خصائص الأكسدة والاختزال. غالبًا ما تُستخدم محفزات Pd/Cu في عمليات مثل الهدرجة والأكسدة الانتقائية.

المحفزات القائمة على البلاديوم على دعامات مختلفة

يسلط هذا الجدول الضوء على مواد الدعم المتنوعة المستخدمة في المحفزات القائمة على البلاديوم، وخصائصها المميزة، ومجالات التطبيق الخاصة بكل منها. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الخاتمة

يلعب اختيار المواد الداعمة لمحفزات البلاديوم دورًا حاسمًا في تحديد فعالية المحفز وثباته وانتقائيته في التفاعلات المختلفة. من خلال تحسين التفاعل بين البلاديوم ودعائمه، يمكن للباحثين والمهندسين تحسين كفاءة التفاعل وتوسيع نطاق تحفيز البلاديوم في العمليات الكيميائية الحديثة.

المرجع:

[1] Roman M. M. Mironenko, Olga B. B. Belskaya, Tatiana I. Gulyaeva, Mikhail V. Trenikhin, Vladimir A. Likholobov, Palladium nanoparticles supported on carbon nanoglobules as effective catalysts for obtaining benzocaine via selective hydrogenation of ethyl 4-nitrobenzoate, Catalysis Communications, Volume 114, 2018, Pages 46-50, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.