Molecular design and X-ray spectroscopy of & on iron nanocluster catalysts

分子设计和X射线光谱

基本信息

项目摘要

The aerobic conditions on our planet have enabled the accumulation of oxidized matter whereas reduced chemicals constitute the most valuable energy carriers. Future shortages of energy-rich resources make efficient reductive transformations one of the greatest scientific challenges. This project combines the action of the most abundant transition metal iron in challenging reductive transformations and advanced synchrotron-based characterization techniques. The outcomes of this collaborative effort will have major implications for modern chemical synthesis/catalysis and materials and energy research as well as the application of hard X-ray to understand and improve such systems. Our endeavour capitalizes on the higher reducing power and enhanced sustainability of iron catalysts over noble metal technologies. However, the design of active low-valent Fe catalysts, the realization of new catalytic reactions, and their mechanistic understanding will only be possible through the controlled generation and effective stabilization of reduced Fe species. Major emphasis will be placed on the nature of the interaction between iron(0) nano-particles and surface-active ligand and solvent systems that modulate the stereo-electronic properties of the catalyst. We address various approaches to the bottom-up synthesis of Fe(0) nanoparticles in solution, including. Catalytic reactions of utmost relevance to the manufacture of valuable chemicals and materials will be studied (reductions, hydrogenations, defunctionalizations etc.). Detailed spectroscopic investigations with hard X-rays aim at understanding the interplay between synthesis parameters and the size, surface properties and oxidation state of the iron nanoparticles and their dynamic changes during the nanoparticle synthesis and catalytic reactions. This collaborative project extends well beyond the realm of chemical synthesis into materials research, spectroscopy and solvent technologies with direct relevance to sustainable production and energy technologies. Our interdisciplinary program provides new sets of reducing iron catalysts, new reduction protocols, and new spectroscopic methods.
我们星球上的有氧条件使氧化物质得以积累,而还原的化学物质构成了最有价值的能量载体。未来能源资源的短缺使得有效的还原转化成为最大的科学挑战之一。该项目结合了最丰富的过渡金属铁在具有挑战性的还原转化中的作用和先进的基于同步加速器的表征技术。这项合作的成果将对现代化学合成/催化、材料和能源研究以及硬X射线在理解和改进此类系统方面的应用产生重大影响。我们的努力是利用铁催化剂比贵金属技术更高的还原能力和更强的可持续性。然而,活性低价铁催化剂的设计,新的催化反应的实现,以及它们的机理的理解,只有通过控制生成和有效稳定的还原铁物种才有可能。主要重点将放在铁(0)纳米粒子和表面活性配体和溶剂系统,调节催化剂的立体电子性质之间的相互作用的性质。我们解决了各种方法的自下而上的Fe(0)纳米粒子在溶液中的合成,包括。将研究与制造有价值的化学品和材料最相关的催化反应(还原,氢化,去功能化等)。详细的光谱研究与硬X射线的目的是了解合成参数之间的相互作用和大小,表面性质和氧化态的铁纳米粒子和它们的动态变化过程中的纳米粒子的合成和催化反应。这个合作项目远远超出了化学合成领域,进入材料研究,光谱学和溶剂技术,与可持续生产和能源技术直接相关。我们的跨学科计划提供了新的还原铁催化剂,新的还原协议和新的光谱方法。

项目成果

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