Interaksi Antara Eksperimen Dan Teori Dalam Sifat Katalitik Situs Aktif Logam Dalam Zeolit
Seperti yang telah dibahas di artikel kami lainnya, kami berharap dapat mengilustrasikan (termasuk berdasarkan pengalaman peneliti) bagaimana perluasan spektrum properti yang dapat diakses dari basis eksperimental telah saling menginspirasi pengembangan alat komputasi untuk mengekstraksi informasi yang tertanam dalam hasil mentah dari pemodelan molekul.
Tidak hanya properti canggih yang dapat didekati dengan
akurasi yang meningkat melalui penggunaan protokol komputasi cerdas, tetapi
pemahaman dan panduan yang lebih dalam juga dapat diperoleh berdasarkan
eksperimen teknologi tinggi.
Secara
bertahap implementasi praktis prinsip pertama atau skema teori orbital molekul
semiempiris menggunakan model molekul kecil membuka bidang penelitian baru,
yaitu simulasi untuk katalisis, meskipun akses ke sumber daya komputer yang
memadai dan rutinitas kimia kuantum yang sangat efektif masih dilakukan
terbatas.
Sifat Katalistik Zeolit
Kontribusi awal dimulai dengan upaya untuk mereproduksi NMR
spektroskopi dan tanda inframerah dari hidroksil penghubung dengan menerapkan
teori orbital molekul semiempiris ke kluster (AlO)(n−1)(SiO)(4−n)[Si-OH-Al]
(OSi)3, dengan n = 1-4, meniru lingkungan zeolitik dari empat jenis hidroksil
penghubung, disarankan dalam kerangka faujazite.
Peneliti menemukan
korelasi yang baik antara sifat yang dihitung dan data IR dan NMR spektroskopi;
namun, harus diingat di sini bahwa pemodelan sederhana seperti itu hanya dapat
dipercaya secara andal setelah validasi eksperimental yang ekstensif.
Dalam dekade berikutnya, kemajuan berkelanjutan yang dibuat
dalam daya komputasi dan pengembangan perangkat lunak secara dramatis mengubah
status pemodelan molekul. Perhitungan canggih pada mesin paralel masif terus
memperluas cakupan dari apa yang dapat diakses dengan metodologi yang
ditingkatkan.
Hal ini memicu ledakan studi teoritis pada katalisis zeolit.
Langkah besar berikutnya dibuat dengan implementasi kuat dari teori fungsi
kepadatan (DFT), memungkinkan pendekatan praktis untuk jalur reaksi katalitik
dan mekanisme reaksi, meskipun logam transisi pertukaran terlibat.
Studi data
ilmiah tentang mekanisme reaksi katalitik dalam zeolit yang ditukar Ga
adalah salah satu kontribusi ke
sekian kali di bidang ini. Teori fungsi densitas digunakan untuk
menggambarkan profil reaksi untuk langkah awal disosiasi metana pada ZSM-5 yang
ditukar Ga, di mana struktur stabil pada jalur reaksi dikarakterisasi dan
keadaan transisi didefinisikan secara eksplisit.
Namun demikian, membangun model struktural situs zeolitik
yang tepat, meskipun agak sewenang-wenang, sangat diperlukan, karena bukti
eksperimental tentang distribusi Al dalam kerangka silikalit dan posisi yang
tepat dari pertukaran kation masih terbatas.
Di sisi lain, alat komputasi yang paling kuat telah
dikomersialkan dan tidak tersedia secara luas untuk penelitian ilmiah. Dalam
semangat ini, kelompok enam cincin atau lima cincin di sekitar posisi kerangka
T12 atau T8 (situs T—silikon atau simpul aluminium dalam kisi zeolit) dengan
satu atau dua atom aluminium diusulkan sebagai model yang sesuai untuk
mengakomodasi Cu+ dan Cu2+ kation, masing-masing.
Cincin Si-O-Al (dioptimalkan dengan dan tanpa kation)
kemudian ditumpangkan, dan deviasi akar kuadrat rata-rata antara koordinat atom
dalam cincin dihitung. Mereka diambil sebagai tanda dari kekuatan interaksi
kerangka dengan kation yang diinangi, dan berhasil dikaitkan dengan pergeseran
frekuensi getaran kerangka (ukuran IR tidak langsung dari kekuatan interaksi).
Dengan cara ini, informasi tentang mode kerangka diekstraksi
dari perhitungan klaster kecil, membuktikan bahwa model sederhana, bila
digunakan dengan hati-hati, mampu meniru sifat global yang melekat dari
kerangka kerja, seperti distorsinya pada substitusi tembaga.
Didorong
oleh perspektif yang menjanjikan ini dan semakin pentingnya katalis zeolit
dalam ilmu lingkungan, peneliti menerapkan protokol komputasi serupa dalam
kerja sama erat dengan data IR ke situs logam terpilih di zeolit. Perhatian
khusus diberikan pada interaksi molekul probe dengan pusat logam, yang
berfungsi baik sebagai alat eksperimental untuk menguji sifat situs aktif dan
sebagai target untuk katalisis.
Pada tahun
2000-2006, serangkaian studi berdasarkan model cluster kecil lingkungan zeolit
dilakukan untuk menyelidiki situs kationik di zeolit (terutama Cu+ dan Cu2+,
kadang-kadang kation lain seperti Na+ atau Co2+) dan interaksinya dengan ligan
kecil.
Molekul,
yang dipelajari secara simultan dengan spektroskopi IR, seperti molekul probe
standar (N2, CO dan nitril), molekul anorganik reaktan (NO, H2) dan molekul
organik dengan elektron (alkena, alkuna, keton) menjadi sasaran analisis.
Keuntungan
utama dari seri ini adalah korelasi simultan dari hasil pemodelan molekul
dengan percobaan IR, yang berfungsi sebagai sumber informasi tentang
heterogenitas dan aksesibilitas situs-situs tersebut dalam berbagai proses
katalitik dalam zeolit.
Verifikasi
eksperimental yang ekstensif sangat penting untuk penilaian data yang diperoleh
secara in silico melalui pemodelan sederhana. Oleh karena itu, beragam faktor
yang terkait dengan properti yang diinginkan diperiksa, misalnya, nilai
perpanjangan ikatan (∆r, dihitung) dan perubahan bilangan gelombang untuk
getaran regangan pada interaksi sehubungan dengan molekul fase gas (∆ν, diukur
dan dihitung) digunakan sebagai ukuran sejauh mana aktivasi ikatan.
Keduanya
(∆ν dan (∆ν bervariasi secara signifikan di antara molekul yang berinteraksi
dengan kation yang dibahas (hingga dua orde besarnya), dan keduanya
dibandingkan dengan data eksperimental dari sumber peneliti sendiri untuk kasus
unggulan Cu(I)ZSM- 5. Jenis model yang dipilih dapat dirasionalisasikan dan
digunakan sebagai alat prediksi untuk properti lain dan sistem terkait hanya
setelah serangkaian faktor beragam yang cukup mencirikan situs menunjukkan
persetujuan yang memuaskan dengan eksperimen.
Pada saat
itu, aspek deNOx dari katalis zeolit tertukar tembaga tampaknya menjadi yang
paling menarik, dan dengan demikian model situs kationik (sudah diuji pada
tingkat teori yang tersedia, vide infra) diterapkan pada analisis interaksi
antara situs dan kemungkinan reaktan.
Tentu saja,
kesepakatan antara frekuensi IR yang dihitung dan diukur atau energi adsorpsi
cukup memuaskan, daripada sempurna, karena berbagai keterbatasan alat pemodelan
molekul. Sebagai contoh, mari kita bahas kasus NO teradsorpsi pada situs Cu(I)
dalam Cu-ZSM-5: spektrum IR menunjukkan pergeseran merah dari frekuensi
regangan NO sebesar 67 cm−1, sementara pada adsorpsi ke situs Cu(II), frekuensi
meningkat sebesar +29 cm−1.
Perhitungan
peneliti menghasilkan pergeseran merah masing-masing 106 dan 34 cm−1, yang jauh
dari memuaskan. Namun, harus diingat di sini bahwa hasil terbaik yang tersedia
yang diterbitkan pada tahun 2004 (diperoleh dengan menggunakan metodologi QM/MM
yang ditingkatkan, sehingga memungkinkan untuk membedakan berbagai situs
zeolit) adalah pergeseran sebesar −117 cm−1 untuk NO yang teradsorpsi pada
Cu(I). ) MFI dan dengan 108 cm-1 untuk NO pada ferit Cu(I), sebanding dengan
hasil kami.
Kesulitan
reproduksi yang tepat dari frekuensi regangan NO telah dikaitkan dengan
beberapa faktor, termasuk kopling kuat ke mode lentur, kontribusi anharmonik,
atau kurangnya efek suhu dalam perhitungan kimia kuantum statis, dan ini belum
dapat dipecahkan secara pasti.
Di sisi
lain, reproduksi yang lebih baik dapat diharapkan untuk nilai relatif yang
mewakili pengamatan fisikokimia (karena pembatalan kesalahan yang
menguntungkan); memang, perbedaan antara pergeseran frekuensi NO yang
disebabkan oleh interaksi dengan situs Cu(I) vs. situs Cu(II) dalam zeolit
yang sama tetap dalam batas yang dapat diterima: 96 cm−1 (diukur) dan 72 cm−1
( dihitung), masing-masing.
Pada saat
itu, aspek deNOx dari katalis zeolit tertukar tembaga tampaknya menjadi yang
paling menarik, dan dengan demikian model situs kationik (sudah diuji pada
tingkat teori yang tersedia, vide infra) diterapkan pada analisis interaksi
antara situs dan kemungkinan reaktan.
Tentu saja,
kesepakatan antara frekuensi IR yang dihitung dan diukur atau energi adsorpsi
cukup memuaskan, daripada sempurna, karena berbagai keterbatasan alat pemodelan
molekul. Sebagai contoh, mari kita bahas kasus NO teradsorpsi pada situs Cu(I)
dalam Cu-ZSM-5: spektrum IR menunjukkan pergeseran merah dari frekuensi
regangan NO sebesar 67 cm−1, sementara pada adsorpsi ke situs Cu(II), frekuensi
meningkat sebesar +29 cm−1.
Perhitungan
peneliti menghasilkan pergeseran merah masing-masing 106 dan 34 cm−1, yang jauh
dari memuaskan. Namun, harus diingat di sini bahwa hasil terbaik yang tersedia
yang diterbitkan pada tahun 2004 (diperoleh dengan menggunakan metodologi QM/MM
yang ditingkatkan, sehingga memungkinkan untuk membedakan berbagai situs
zeolit) adalah pergeseran sebesar −117 cm−1 untuk NO yang teradsorpsi pada
Cu(I). ) MFI dan dengan 108 cm-1 untuk NO pada ferit Cu(I), sebanding dengan
hasil kami.
Kesulitan
reproduksi yang tepat dari frekuensi regangan NO telah dikaitkan dengan
beberapa faktor, termasuk kopling kuat ke mode lentur, kontribusi anharmonik,
atau kurangnya efek suhu dalam perhitungan kimia kuantum statis, dan ini belum
dapat dipecahkan secara pasti.
Di sisi
lain, reproduksi yang lebih baik dapat diharapkan untuk nilai relatif yang
mewakili pengamatan fisikokimia (karena pembatalan kesalahan yang
menguntungkan); memang, perbedaan antara pergeseran frekuensi NO yang
disebabkan oleh interaksi dengan situs Cu(I) vs. situs Cu(II) dalam zeolit
yang sama tetap dalam batas yang dapat diterima: 96 cm−1 (diukur) dan 72 cm−1
( dihitung), masing-masing.
Studi
tentang aktivasi etena dan etena oleh situs Cu(I) dan Ag(I) Dalam zeolit ZSM5
harus memberikan contoh yang baik dari kehati-hatian ekstrim yang diperlukan
untuk interpretasi kredibel dari hasil komputasi. Perhitungan peneliti menunjukkan
melemahnya ikatan karbon-karbon, dibuktikan dengan perpanjangan ikatan CC serta
penurunan frekuensi getaran peregangan yang sesuai.
Kesepakatan
kualitatif dengan data eksperimen diperoleh untuk kedua hidrokarbon: pada kedua
kation, pergeseran merah frekuensi CC yang dihitung dan diukur untuk etuna jauh
lebih besar daripada untuk etena, sementara keduanya secara signifikan lebih
rendah untuk perak daripada untuk situs tembaga.
Namun,
perbandingan kuantitatif jauh dari sempurna, dan beberapa implikasi yang
berasal dari tren yang diamati tampak berlawanan dengan intuisi: meskipun
muatan yang dihitung ditransfer dari pusat logam ke molekul teradsorpsi untuk
situs Ag(I) melebihi untuk situs Cu(I). , melemahnya ikatan rangkap CC di situs
Ag(I) secara substansial kurang jelas (sebagaimana dibuktikan oleh perhitungan
dan eksperimen).
Hanya
setelah analisis tambahan dari komponen aliran kerapatan elektron antara
fragmen yang dipilih dan penilaian yang cermat dari peran mereka dalam proses
aktivasi, beberapa kesimpulan umum dapat dicapai berdasarkan sifat elektronik.
Topik ini
dan wawasan lain tentang aspek elektronik di balik aktivasi berbagai ligan oleh
situs kationik dalam zeolit yang dihasilkan dari analisis reorganisasi
kerapatan elektron pada adsorpsi akan dibahas bersama dengan pengembangan alat
baru di bagian selanjutnya.
Pengalaman
keseluruhan peneliti yang bermanfaat kemudian memungkinkan untuk mendekati
intensitas pita IR, selain posisi mereka. Nilai koefisien kepunahan pita C≡C
dan C=C IR dari etena dan etena, masing-masing, berinteraksi dengan Cu+ atau
Ag+ dalam zeolit ditentukan berdasarkan eksperimen IR kuantitatif dan
perhitungan DFT kimia kuantum menggunakan QM/MM metode. Nilai eksperimental dan
nilai yang dihitung berada dalam kesepakatan yang sangat baik, yang selanjutnya
memvalidasi keandalannya dan mendorong penggunaan jenis pemodelan ini.
Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk
pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit
untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20
kilogram dan eceran 4 kilogram.
Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage,
berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah
tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan
suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan
Anda.
Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;
Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung
Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum,
Bandung 40194
Zeolit Filtrasi Air Jakarta
Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas,
Jakarta Timur 13830
Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat
Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal
Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480
Atau Anda juga bisa
langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:
• 0821 2742
4060 (Ghani)
• 0812 2165
4304 (Yanuar)
• 0821 2742 3050
(Rusmana)
• 0821 4000
2080 (Fajri)
• 0812 2445
1004 (Kartiko)
• 0812 1121
7411 (Andri)
Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan
pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan
bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.
Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan
kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai
kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi.
Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima
kasih.
Komentar
Posting Komentar