At the present time, the utilizatio

At the present time, the utilization of carbon dioxide (CO2), a greenhouse gas, as a carbon source for the synthesis of valuable chemicals is of growing interest in industrial chemistry because it is an abundant, inexpensive, and nontoxic gas compared with the other C1 source, carbon monoxide. Catalytic hydrogenation is considered to be one of the most promising ways to convert CO2 because it can provide a variety of useful compounds.(1, 2) Among them, formic acid is one of the chemicals that has received attention because of its numerous applications, including food technology, agriculture, and the industries of leather and rubber. It is also used as a raw material and intermediate for many chemical industries. Moreover, it has recently been considered to be a promising candidate material for hydrogen storage.(2) The catalysts used in this conversion are transition-metal complexes, especially with noble-metal catalysts based on rhodium, ruthenium, and iridium.(3-8)
In recent years, metal–organic frameworks (MOFs) were investigated as promising candidates for gas storage such as CO2 and H2(9-17) and also, more recently, catalysis(18-22) because of their flexibility and the possibility to tune their surface composition and pore structures by changing the metal center or the organic linker. Lately, experimental and computational studies(23-31) showed that the incorporated metal atoms or cations into the linkers can improve the performance of MOFs for gas storage. Metal-alkoxide-functionalized MOFs are one of the methods for incorporating metal cations into MOF linkers.(32-35) In it, the MOF linkers are first modified by the addition of a hydroxyl group; then, the protons of the hydroxyl group are exchanged by metal cations via solution methods. In addition, experimental(32-34) and computational(35) studies found that Li and Mg alkoxide functionalized in MOFs can enhance the H2 adsorption capacity and isosteric heat of adsorption compared with the unmodified MOFs. Furthermore, Getman et al.(36) have studied the H2 storage in metals alkoxide functionalization by using ab initio calculations and grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations. A variety of different metals (Li, Mg, Mn, Ni, and Cu) and MOF structures were used in that work. They reported that the magnesium alkoxide was a promising functional group for enhancing the hydrogen storage in ambient temperature. Moreover, they also showed that the H2 strongly interacted with Cu alkoxide. Because of the metals in this kind of MOF, the MOFs are an accessible open site, and thus they can interact well with H2 and other incoming molecules. They can therefore be expected to be used as the active site for the CO2hydrogenation catalyzing reaction as well as in this work.
In the present study, we theoretically investigate the hydrogenation of carbon dioxide (CO2) to formic acid (HCOOH) on Cu-alkoxide-functionalized MOF-5 (Cu-MOF-5) by employing DFT calculations with the M06-L functional. To the best of our knowledge, the CO2 interaction and its hydrogenation reaction on Cu-MOF-5 has not previously been considered from a theoretical point of view. The calculated results consisting of the reaction mechanism and relative energies and structures of adsorption, transition state, and product are discussed by comparing them with the ones obtained from the gas-phase uncatalyzed reaction to demonstrate the efficiency of the Cu-MOF-5 on the CO2 hydrogenation.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในช่วงเวลาปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก๊าซเรือนกระจกที่เป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการสังเคราะห์ของสารเคมีที่มีคุณค่ามีความสนใจที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมเคมีเพราะมันเป็นที่ที่อุดมสมบูรณ์ราคาไม่แพงและก๊าซพิษเมื่อเทียบกับคนอื่น ๆ แหล่ง C1 ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจะถือเป็นหนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการแปลง CO2 เพราะมันสามารถให้ความหลากหลายของสารที่มีประโยชน์. (1, 2) ในหมู่พวกเขากรดฟอร์มิเป็นหนึ่งในสารเคมีที่ได้รับความสนใจเพราะการใช้งานจำนวนมากของตน รวมถึงเทคโนโลยีอาหารการเกษตรและอุตสาหกรรมหนังและยาง นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัตถุดิบและระดับกลางสำหรับอุตสาหกรรมเคมีจำนวนมาก นอกจากนี้ยังได้รับการพิจารณาให้เป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มวัสดุสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน. (2) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการแปลงนี้มีการเปลี่ยนแปลงเชิงซ้อนโลหะโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเกียรติโลหะขึ้นอยู่กับโรเดียม, รูทีเนียมและอิริเดียม. (3 8)
ในปีที่ผ่านกรอบโลหะอินทรีย์ (MOFs) ได้รับการตรวจสอบเป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มในการจัดเก็บก๊าซเช่น CO2 และ H2 (9-17) และเมื่อเร็ว ๆ นี้การเร่งปฏิกิริยา (18-22) เนื่องจากมีความยืดหยุ่นและความเป็นไปของพวกเขา การปรับแต่งองค์ประกอบพื้นผิวและโครงสร้างรูขุมขนโดยการเปลี่ยนศูนย์โลหะหรือลิงเกอร์อินทรีย์ เมื่อเร็ว ๆ นี้การศึกษาทดลองและการคำนวณ (23-31) พบว่าอะตอมโลหะนิติบุคคลที่จัดตั้งขึ้นหรือไพเพอร์เข้า Linkers สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของ MOFs สำหรับการจัดเก็บก๊าซ MOFs โลหะ alkoxide-ฟังก์ชันเป็นหนึ่งในวิธีการที่ผสมผสานไพเพอร์โลหะเข้า Linkers กระทรวงการคลัง (32-35) ในนั้น Linkers กระทรวงการคลังมีการแก้ไขเป็นครั้งแรกโดยการเพิ่มขึ้นของกลุ่มไฮดรอกซิ. แล้วโปรตอนของกลุ่มไฮดรอกมีการแลกเปลี่ยนโดยไพเพอร์โลหะผ่านทางวิธีการแก้ปัญหา นอกจากนี้การทดลอง (32-34) และการคำนวณ (35) การศึกษาพบว่าหลี่และแมกนีเซียม alkoxide ฟังก์ชันใน MOFs สามารถเพิ่มขีดความสามารถในการดูดซับ H2 และความร้อนของการดูดซับ isosteric เมื่อเทียบกับแปร MOFs นอกจากนี้ Getman et al. (36) มีการศึกษาการจัดเก็บ alkoxide H2 ในโลหะ functionalization โดยใช้เริ่มแรกคำนวณและแกรนด์ยอมรับ Monte Carlo (GCMC) จำลอง ความหลากหลายของโลหะที่แตกต่างกัน (Li, Mg, Mn, Ni และ Cu) และโครงสร้างกระทรวงการคลังถูกนำมาใช้ในการทำงานว่า พวกเขารายงานว่า alkoxide แมกนีเซียมเป็นกลุ่มทำงานที่มีแนวโน้มในการเพิ่มการจัดเก็บไฮโดรเจนในอุณหภูมิห้อง นอกจากนี้พวกเขายังแสดงให้เห็นว่า H2 อย่างยิ่งความสัมพันธ์กับ alkoxide Cu เพราะของโลหะในชนิดของกระทรวงการคลังนี้, MOFs จะเปิดเว็บไซต์ที่สามารถเข้าถึงและทำให้พวกเขาสามารถโต้ตอบกันได้ดีกับ H2 และโมเลกุลอื่น ๆ ที่เข้ามา พวกเขาสามารถดังนั้นจึงคาดว่าจะนำมาใช้เป็นเว็บไซต์ที่ใช้งานสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา CO2hydrogenation เช่นเดียวกับในงานนี้.
ในการศึกษาปัจจุบันเราตรวจสอบในทางทฤษฎี hydrogenation ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) กรดฟอร์มิค (HCOOH) ใน Cu-alkoxide -functionalized กระทรวงการคลัง-5 (Cu-MOF-5) โดยการคำนวณ DFT กับ M06-L ทำงาน ที่ดีที่สุดของความรู้ของเรามีปฏิสัมพันธ์ CO2 และปฏิกิริยาไฮโดรที่มีต่อลูกบาศ์ก-MOF-5 ยังไม่ได้รับการพิจารณาก่อนหน้านี้จากจุดทฤษฎีของมุมมอง ผลการคำนวณที่ประกอบด้วยกลไกการเกิดปฏิกิริยาและพลังงานญาติและโครงสร้างของการดูดซับการเปลี่ยนแปลงรัฐและสินค้าที่จะกล่าวถึงโดยการเปรียบเทียบกับคนที่ได้รับจากการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นระยะปฏิกิริยา uncatalyzed แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของ Cu-MOF-5 บน ไฮโดร CO2

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ปัจจุบัน การใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2 ) , ก๊าซเรือนกระจก , เป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการสังเคราะห์ของสารเคมีที่มีคุณค่า เป็นที่สนใจของการเติบโตในอุตสาหกรรมเคมี เพราะเป็นมากมายราคาไม่แพงและปลอดสารพิษแก๊สเมื่อเทียบกับแหล่งอื่น ๆ : คาร์บอนมอนอกไซด์ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันถือเป็นหนึ่งในวิธีที่เร็วที่สุดเพื่อแปลง CO2 เพราะมันสามารถให้ความหลากหลายของสารประกอบที่มีประโยชน์ ( 1 , 2 ) ในหมู่พวกเขา , กรดเป็นหนึ่งในสารเคมีที่ได้รับความสนใจเนื่องจากการใช้งานมากมายของ รวมทั้งเทคโนโลยี การเกษตร อาหาร และอุตสาหกรรมเครื่องหนัง และ ยางนอกจากนี้ยังใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมเคมีและกลางหลาย นอกจากนี้ ช่วงนี้ถือว่าเป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มวัสดุไฮโดรเจนกระเป๋า ( 2 ) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการแปลงนี้มีการเปลี่ยนสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะโดยเฉพาะโลหะมีตระกูลตัวเร่งปฏิกิริยาจากโรเดียมรูทีเนียมและอิริเดียม ( 3-8 )
ในปีล่าสุดและกรอบโลหะอินทรีย์ ( โครงข่าย ) คือเป็นผู้ที่มีแนวโน้มสำหรับก๊าซกระเป๋าเช่น CO2 และ H2 ( 9-17 ) และยัง เมื่อเร็ว ๆ นี้ในการเร่งปฏิกิริยา ( 18-22 ) เนื่องจากความยืดหยุ่นของพวกเขาและความเป็นไปได้ในการปรับแต่งองค์ประกอบของพื้นผิวและโครงสร้างรูพรุนโดยการเปลี่ยนโลหะศูนย์ หรือ ลิงเกอร์ อินทรีย์ เมื่อเร็ว ๆ นี้ทดลองและคอมพิวเตอร์ศึกษา ( 23-31 ) พบว่า บริษัท อะตอมหรือไอออนโลหะใน linkers สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของโครงข่ายการจัดเก็บก๊าซ โลหะอัลคอกไซด์ ที่มีโครงข่ายเป็นหนึ่งในวิธีการผสมผสานที่มีโลหะเป็นคณะ linkers ( 32-35 ) ในนั้น กระทรวงการคลัง linkers ก่อนการแก้ไข โดยการเพิ่มของหมู่ แล้วโปรตอนของกลุ่มไฮดรอกซิลไอออนโลหะผ่านเป็นแลกเปลี่ยนโดยวิธีการแก้ปัญหา นอกจากนี้ ทดลอง ( 32-34 ) และคอมพิวเตอร์ ( 35 ) ศึกษาพบว่า หลี่ และแมกนีเซียมในไซด์ที่มีโครงข่ายสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับแรงและความร้อนของการดูดซับ isosteric เปรียบเทียบกับโครงข่ายที่ใช้แก๊สโซลีน นอกจากนี้ getman et al .( 36 ) ได้ศึกษาการจัดเก็บโลหะอัลคอกไซด์ แต่ใน functionalization โดยใช้การคำนวณ initio AB และแกรนด์แบบมอนติคาร์โล ( gcmc ) จำลอง . ความหลากหลายของโลหะที่แตกต่างกัน ( Li มิลลิกรัม , แมงกานีส นิกเกิลและทองแดง ) และโครงสร้างหนี้ที่ใช้งานนั้น พวกเขารายงานว่าแมกนีเซียมไซด์เป็นสัญญาการทำงานกลุ่ม เพื่อส่งเสริมการจัดเก็บไฮโดรเจนในอุณหภูมิปกติ นอกจากนี้นอกจากนี้ยังพบว่ามีปฏิสัมพันธ์กับจุฬาฯ แต่ไซด์ . เพราะโลหะในชนิดนี้ของกระทรวงการคลัง , โครงข่ายเป็นเว็บไซต์เปิดให้เข้าถึงได้ และทำให้พวกเขาสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลของ H2 และสายอื่น ๆ พวกเขาจึงสามารถคาดหวังที่จะใช้งานเว็บไซต์สำหรับ co2hydrogenation และปฏิกิริยา รวมทั้งในงานนี้ .
ในการศึกษาปัจจุบันเราทุกคนศึกษาไฮโดรจิเนชันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2 ) กรด ( hcooh ) ทองแดงไซด์ที่มี mof-5 ( cu-mof-5 ) โดยอาศัยการคำนวณ DFT กับ m06-l การทํางาน เพื่อที่ดีที่สุดของความรู้ของเรา ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของปฏิสัมพันธ์ใน cu-mof-5 ไม่ได้ก่อนหน้านี้ได้รับการพิจารณาจากจุดทฤษฎีของมุมมองผลการคํานวณประกอบด้วยกลไกปฏิกิริยาและพลังงานสัมพัทธ์ และโครงสร้างของการดูดซับ การเปลี่ยนสถานะ และผลิตภัณฑ์ที่กล่าวถึง โดยเปรียบเทียบกับภาพที่ได้จากแก๊ส uncatalyzed ปฏิกิริยาแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของ cu-mof-5 บน CO2
ไฮโดรจิเนชัน