No description available.

No description available.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第20387号 / 工博第4324号 / 新制||工||1670(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料化学専攻 / (主査)教授 松原 誠二郎, 教授 大江 浩一, 教授 中尾 佳亮 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

<p> A 19F nmr study has shown that SeO2F2, SeOF2 and SeOCl2 behave as bases (B) towards SbF5 forming the adducts, (SbF5)n•B where n = 1-5 and in which they are bonded to antimony through an oxygen. Structural information about these adducts was also obtained. Solutions of SbF5 in SeOF2 and SeOCl2 were also shown to contain the SbF-6 and cis and trans [SbF4 (B)2]+ ions. The order of basicity towards SbF5 for the following bases is, SeOCl2 > SeOF2 > SbF-6 > SOF2 > SeO2F2 > SO2ClF.</p> <p> A 77Se nmr study of the SeOCl2 solvent system has shown that the order of Lewis acidity for the following acids is, SbF5 ~ SO3 > SbCl5 > SnCl4 > SbCl3 > AsCl3.</p> <p> A new selenium oxyfluoride, SeOF4 has been identified and is shown to form an ionic adduct SeOF+3SbF-6 with SbF5.</p> <p> Polyselenium oxyfluorides, F(SeO3)nSeO2F, where n=1-3, were prepared and are found to have acyclic structures. The 77Se spectra of Se4^2+ and Se8^2+ were studied. </p> <p> Redistribution reactions between selenium and phosphorus halides and oxyhalides were studied using the nmr resonances of 19F, 31P and 77Se.</p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Le travail de la thèse se focalise sur le traitement de l'air chargé en composés organiques volatils (COV) par un procédé d'ozonation avancée sur les zéolithes. Le procédé est basé sur la combinaison de deux techniques, utilisées de manière séquentielle : l'adsorption des COV sur un lit de zéolithes puis la régénération du lit saturé par ozonation. Avant d'étudier leur performance sur l'adsorption puis l'ozonation, les zéolithes ont été caractérisées par l'adsorption à l’azote, par spectroscopie Infra Rouge et par microscopie électronique. La concentration des sites acides de Lewis et de Brønsted ont également été quantifiées. Les interactions binaires entre le toluène et les zéolithes, puis entre l'ozone et les zéolithes sont étudiées. Les équilibres d'adsorption et les courbes de percées sur les différentes zéolithes sont déterminés expérimentalement, puis modélisés. La réactivité de l'ozone sur les zéolithes a été clarifiée, mettant en évidence la décomposition de l'ozone et la création d’espèces oxygénées oxydantes, adsorbées à la surface. L'influence de la concentration en sites acides de Lewis sur la décomposition de l’ozone a été discutée. Enfin, la régénération des adsorbants chargés en COV par l'ozone gazeux a été réalisée. L'influence des propriétés des zéolithes et des conditions opératoires ont été étudiées. / The PhD work focuses on the treatment of Organic Volatile Compound polluted air by an advanced ozonation process on hydrophobic zeolites. The process is based on two steps: gaseous pollutants are firstly adsorbed on zeolite bed; the second step is the regeneration of zeolites charged of COV by gaseous ozone. Firstly, zeolites are characterized by Nitrogen adsorption, analysis of Lewis and Brønsted acid sites, Infrared spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. The adsorption equilibrium and breakthrough curve of toluene on different kind of zeolites are determined experimentally and modelled. The study of the reactivity of ozone on fresh zeolites shows that ozone is mainly decomposed on its surface and stable surface oxygenated species are produced. The latter can react with organic pollutant. The influence of Lewis acid site and operating conditions are discussed. Finally, the oxidation by ozone of toluene adsorbed on zeolites is realised. The comparison of zeolite structure and operating conditions (Air humidity, inlet ozone concentration) are carried out.

[ES] Las zeolitas son catalizadores ampliamente utilizados en una gran variedad de procesos químicos, por lo que la optimización de sus propiedades físico-químicas es fundamental para mejorar su aplicación en procesos de interés industrial y medioambiental. En la presente tesis doctoral se proponen diversas metodologías de síntesis directa y post-sintéticas con el fin de controlar aspectos importantes de estos materiales desde la escala microscópica hasta la molecular y atómica, así como su implicación directa en su aplicación como catalizadores y/o materiales conductores. En un primer objetivo, se estudia la influencia del tamaño de cristal y la estructura zeolítica en la transformación selectiva de CO2 hacia productos de interés como olefinas y aromáticos cuando se combina con un catalizador de hierro dopado con potasio. Por un lado, la estructura zeolítica tipo MFI (poro medio) permite maximizar la formación de productos aromáticos, mientras que las zeolitas tipo CHA (poro pequeño) y beta (poro grande) favorecen la formación de olefinas ligeras en distinta proporción. La utilización de las zeolitas ácidas nanocristalinas permite incrementar la formación de olefinas ligeras y aumentar el tiempo de vida de los catalizadores bifuncionales. Asimismo, se estudia el efecto del confinamiento a nivel molecular de diferentes estructuras zeolíticas de poro pequeño con distinto tipo de cavidad para la reacción de metanol a olefinas (MTO), pudiéndose correlacionar la selectividad hacia distintas olefinas ligeras con un parámetro teórico que depende de las dimensiones y la forma de las cavidades de los materiales microporosos. En segundo lugar, se estudia la estabilización de distintas especies metálicas en posiciones extra-red de los materiales zeolíticos, controlando su formación desde átomos individuales a clústeres y/o nanopartículas. La estructura de la zeolita CHA permite encapsular nanopartículas de Pt en el interior de sus cavidades, que son activas y estables para la reacción de oxidación de CO incluso tras tratamientos de envejecimiento a elevadas temperaturas. Por otro lado, se racionaliza la formación de nanopartículas de germanio dispersas en distintas matrices zeolíticas híbridas aprovechando la labilidad del germanio en la red cristalina de las mismas para su aplicación como materiales conductores. Se realiza una optimización de dichos materiales híbridos orgánicos-inorgánicos basados en nanopartículas de Ge mediante diversos tratamientos post-sintéticos, maximizando la dispersión de las nanopartículas y la formación de especies carbonosas para, finalmente, evaluar sus propiedades como materiales conductores. En último lugar, se utiliza esa labilidad del Ge en posiciones cristalinas de las zeolitas como estrategia para controlar a escala atómica la incorporación selectiva de distintos heteroátomos (Si y Sn). La síntesis de la estructura ITT con poros extra-grandes está limitada a bajas relaciones de Si/Ge, presentando por tanto una limitada estabilidad hidrotermal. Por ello, se lleva a cabo una sustitución isomórfica de átomos de Ge por átomos de Si, mejorando la estabilidad hidrotermal de dicho material para su aplicación en la reacción de craqueo catalítico de un gasoil de vacío, posibilitando su regeneración, y obteniendo similar selectividad a diésel y más propileno que con la muestra de origen. Por otro lado, se incorpora selectivamente Sn en la estructura BEC (polimorfo C de la zeolita beta) mediante tratamientos post-sintéticos en los defectos estructurales generados tras la eliminación de átomos de Ge, favoreciéndose la formación de sitios "abiertos" de Sn, que han demostrado ser más activos para reacciones de moléculas oxigenadas en comparación a los sitios "cerrados" de Sn. Las ventajas catalíticas del material Sn-BEC sintetizado se demuestran en la reacción Meerwein-Ponndorf-Verley-Oppenauer (MPVO), obteniéndose mayores velocidades de reacción por sitio de Sn "abierto" que con la zeolita Sn-beta(F) convencional. / [CA] Les zeolites són catalitzadors àmpliament utilitzats en una gran varietat de processos químics, per la qual cosa l'optimització de les seues propietats fisicoquímiques és fonamental per a millorar la seua aplicació en processos d'interès industrial i mediambiental. En la present tesi doctoral es proposen diverses metodologies de síntesi directa i post-sintètiques amb la finalitat de controlar aspectes importants d'aquests materials des de l'escala microscòpica fins a la molecular i atòmica, així com la seua implicació directa en la seua aplicació com a catalitzadors i/o materials conductors. Com a primer objectiu, s'estudia la influència de la grandària de cristall i l'estructura zeolítica en la transformació selectiva de CO¿ cap a productes d'interès com a olefines i aromàtics quan es combina amb un catalitzador de ferro dopat amb potassi. D'una banda, l'estructura zeolítica tipus MFI (porus mitjà) permet maximitzar la formació de productes aromàtics, mentre que les zeolites tipus CHA (porus xicotet) i beta (porus gran) afavoreixen la formació d'olefines lleugeres en diferent proporció. La utilització de les zeolites àcides nanocristalines permet incrementar la formació d'olefines lleugeres i augmentar el temps de vida dels catalitzadors bifuncionals. Així mateix, s'estudia l'efecte del confinament a nivell molecular de diferents estructures zeolítiques de porus xicotet amb diferent tipus de cavitat per a la reacció de metanol a olefines (MTO), podent-se correlacionar la selectivitat cap a diferents olefines lleugeres amb un paràmetre teòric que depèn de les dimensions i la forma de les cavitats dels materials microporosos. En segon lloc, s'estudia l'estabilització de diferents espècies metàl·liques en posicions extra-xarxa dels materials zeolítics, controlant la seua formació des d'àtoms individuals a clústers i/o nanopartícules. L'estructura de la zeolita CHA permet encapsular nanopartícules de Pt a l'interior de les seues cavitats, actives i estables per a la reacció d'oxidació de CO fins i tot després de tractaments d'envelliment a elevades temperatures. D'altra banda, es racionalitza la formació de nanopartícules de germani disperses en diferents matrius zeolítiques híbrides aprofitant la labilitat del germani en la xarxa cristal·lina de les mateixes per a la seua aplicació com a materials conductors. Es realitza una optimització d'aquests materials híbrids orgànics-inorgànics basats en nanopartícules de Ge mitjançant diversos tractaments post-sintètics, maximitzant la dispersió de les nanopartícules i la formació d'espècies carbonoses per a, finalment, avaluar les seues propietats com a materials conductors. En últim lloc, s'utilitza eixa labilitat del Ge en posicions cristal·lines de les zeolites com a estratègia per a controlar a escala atòmica la incorporació selectiva de diferents heteroàtoms (Si i Sn). La síntesi de l'estructura ITT amb porus extra-grans està limitada a baixes relacions de Si/Ge, presentant per tant una limitada estabilitat hidrotermal. Per això, es du a terme una substitució isomòrfica d'àtoms de Ge per àtoms de Si, millorant l'estabilitat hidrotermal d'aquest material per a la seua aplicació en la reacció de craqueig catalític d'un gasoil de buit, possibilitant la seua regeneració i obtenint una selectivitat similar a dièsel i més propilè que amb la mostra d'origen. D'altra banda, s'incorpora selectivament Sn en l'estructura BEC (polimorf C de la zeolita beta) mitjançant tractaments post-sintètics als defectes estructurals generats després de l'eliminació d'àtoms de Ge, afavorint-se la formació de llocs "oberts" de Sn, que han demostrat ser més actius per a reaccions de molècules oxigenades en comparació als llocs "tancats" de Sn. Els avantatges catalítics del material Sn-BEC sintetitzat es demostren a la reacció Meerwein-Ponndorf-Verley-Oppenauer (MPVO), obtenint-se majors velocitats de reacció per lloc de Sn "obert" que amb la zeolita Sn-beta(F) convencional. / [EN] Zeolites are catalysts used in many chemical processes of industrial and environmental interest. The optimization of the physicochemical properties of these materials is essential to improve their efficiency and attractiveness to current and future technologies. This doctoral thesis aimed to control relevant aspects of the zeolites at the microscopic, molecular, and atomic scale that have a direct effect on their application as catalysts and conductive materials. With this in mind, several methodologies for the direct synthesis of zeolites and several post-synthetic treatments were proposed. Firstly, the influence of crystal size and zeolitic structure on the selective transformation of CO2 towards products of interest such as olefins and aromatics is studied when combined with an iron catalyst doped with potassium. On the one hand, the MFI-type zeolitic structure (medium pore) allows the formation of aromatic products to be maximized. Meanwhile, the CHA (small pore) and BEA (large pore) zeolites favour the production of light olefins in different proportions. The use of nanocrystalline acid zeolites allows to increase the production of light olefins and increases the lifetime of the bifunctional catalysts. Likewise, the effect of confinement at the molecular level of different small-pore zeolitic structures with different types of cavities for the reaction of methanol to olefins (MTO) is studied. Using a theoretical parameter, it was finally possible to correlate the selectivity towards different light olefins with the type of cavities in the microporous materials. Secondly, the stabilization of different metallic species in extra-framework positions of the zeolitic materials is studied by controlling the formation from the individual atoms towards clusters and/or nanoparticles. The structure of the CHA zeolite allows Pt nanoparticles to be encapsulated inside its cavities, which continues being active and stable for the CO oxidation reaction even after aging treatments at high temperatures. On the other hand, the formation of germanium nanoparticles dispersed in different hybrid zeolitic matrices is rationalized by taking advantage of the lability of germanium in their crystalline framework for their application as conductive materials. The optimization of these hybrid organic-inorganic materials based on Ge nanoparticles is carried out through various post-synthetic treatments by maximizing the dispersion of the nanoparticles and the formation of carbonaceous species to evaluate their properties as conductive materials. Finally, the mentioned lability of Ge in crystalline positions is used as a strategy to control the selective incorporation of different heteroatoms (Si and Sn) at the atomic scale. The fact that the synthesis of the ITT structure with extra-large pores is limited to low Si/Ge ratios leads to reduced hydrothermal stability. Therefore, an isomorphic substitution of Ge atoms with Si atoms is carried out. It improved the hydrothermal stability of the material to be applied in the catalytic cracking of a vacuum gasoil, enabling its regeneration. Moreover, the modified material presents similar selectivity to diesel and yields more propylene as compared to the original sample. Also, Sn is selectively incorporated into the BEC structure (polymorph C of beta zeolite) through post-synthetic treatments in the structural defects generated after the elimination of Ge atoms, favouring the formation of "open" Sn sites. It has been shown that this kind of site is more active for reactions involving oxygenated molecules compared to the "closed" sites of Sn. The catalytic advantages of the synthesized Sn-BEC material are demonstrated in the Meerwein-Ponndorf-Verley-Oppenauer (MPVO) reaction. Higher reaction rates per "open" Sn site than with the conventional Sn-beta(F) zeolite were obtained. / Rodríguez Fernández, A. (2024). Diseño racional de materiales zeolíticos: efectos de confinamiento y control de centros metálicos en posiciones de red y extra-red en aplicaciones de interés [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202870

La production de synthons aromatiques fluorés, utilisés comme intermédiaires dans la synthèse de molécules à visée thérapeutique et phytosanitaire, connaît un essor considérable ces dernières années. Par ailleurs, peu de réactions de fluoration catalytique en phase gaz par échange Cl/F sont développées pour la préparation de ces composés. Celles-ci sont pourtant plus économiques et plus respectueuses de l’environnement que les procédés en chimie organique classique.La faisabilité de cette réaction a été mise en évidence pour la fluoration de la 2-chloropyridine (molécule modèle simple) en 2-fluoropyridine, en présence d’un catalyseur solide (fluorure métallique) et d’HF à 300°C. Différents fluorures métalliques (LaF3, MgF2, SrF2, CaF2, BaF2, Ba1-xLaxF2+x, AlF3, Cr2O3 fluoré) de surfaces spécifiques significatives sous HF et de propriétés acides variables, ont tout d’abord été préparés. A partir des mesures d’activités sur la fluoration de la 2-chloropyridine, une corrélation entre la force d’acidité de Lewis des matériaux et leurs performances catalytiques a été établie et un mécanisme réactionnel a été proposé. L’échange Cl/F est favorisé par des matériaux de force d’acidité faible, tels que ceux qui contiennent du baryum.Enfin cette réaction a été généralisée à la fluoration d’autres chloropyridines substituées pour déterminer la réactivité selon la position de l’atome de chlore sur le cycle pyridinique et l’influence de groupements électro attracteurs (-Cl, -CF3). Les positions en ortho de l’atome d’azote sont toujours les plus réactives. Alors que les positions méta ne sont pas réactives, il est possible d’activer la position para dans des conditions plus drastiques. / The production of fluorinated aromatic synthons, used as building-blocks for the synthesis of more elaborated molecules for therapeutic and phytosanitary goals, has been increased since past years. Besides, only few catalytic fluorination reactions by Cl/F exchange in gas phase are developed for the preparation of these synthons. However, these reactions are cheaper and more environmentally friendly than conventional organic chemistry processes.The feasibility of this reaction was established in this work for the fluorination of 2-chloropyridine (as a simple model molecule) into 2-fluoropyridine, with a solid catalyst (metal fluoride) and HF at 300°C. Various metal fluorides (LaF3, MgF2, SrF2, CaF2, BaF2, Ba1-xLaxF2+x, AlF3, fluorinated Cr2O3) with significant specific surface areas under HF atmosphere and tunable acid properties, was firstly prepared. The catalytic test carried out on 2-chloropyridine allow us to point out a correlation between strength of Lewis acidity of catalysts and their catalytic performances and to propose a reaction mechanism. Cl/F exchange is promoted by catalysts with weak strength of acidity and particularly those containing barium.Eventually, the reaction was generalized to the fluorination of other substituted chloropyridines in order to determine the reactivity according to the position of the chlorine atom on the pyridine ring and the influence of electron withdrawing groups (-Cl, -CF3). Ortho positions are always the most reactive. Whereas meta positions remain completely inactive, it is possible to activate the para position under more drastic conditions.

Aluminiumfluorid (HS-AlF3), das mit Hilfe des Sol-Gel-Verfahrens unter nicht-wässrigen Bedingungen hergestellt wird, weist eine extrem große Oberfläche und eine hohe Lewis-Acidität auf, die mit den stärksten bekannten Lewis-Säuren wie SbF5 und ACF vergleichbar ist. Diese ungewöhnlichen Eigenschaften werden im Ergebnis einer neuen Sol-Gel-Synthese erhalten, die die Fluorolyse eines Aluminium-Alkoxids durch wasserfreien Fluorwasserstoff in organischen Lösungsmitteln zur Grundlage hat. Das zunächst in einer amorphen, katalytisch inaktiven Vorstufe mit großer Oberfläche gebildete Gel wird nach anschließender Trocknung mit gasförmigen Fluorierungsmitteln nachfluoriert, wobei die aktive Form des HS-AlF3 erhalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden alle Schritte dieses Syntheseweges untersucht und die Ergebnisse einschließlich einer detaillierten Analyse der erhaltenen Materialien diskutiert. Des Weiteren wurde HS-AlF3 durch eine Imprägnierungs-Methode auf das Trägermaterial Al2O3 aufgetragen, wobei verschiedene Beladungen mit HS-AlF3 getestet wurden. Die Eigenschaften des HS-AlF3/Al2O3 als Lewis-Säure-Katalysator wurden mittels der Dismutierung von CHClF2 und der Isomerisierung von CBrF2CBrFCF3 bestimmt. Die Herstellung von AlFyOx mit Hilfe des Sol-Gel-Verfahrens ist ebenfalls beschrieben, wobei das Produkt amorph ist und eine große Oberfläche von bis zu 240 m2/g aufweist. / Aluminum fluoride (HS-AlF3) prepared via sol-gel synthesis route under non-aqueous conditions exhibits high surface area and an extremely strong Lewis acidity, comparable with some of the strongest known Lewis acids such as SbF5 and ACF. The basis of its unusual properties is the sol-gel fluorination of aluminum alkoxide with anhydrous HF in organic solvents yielding first an amorphous catalytically inactive precursor with high surface area, which can be dried and eventually post-fluorinated to get HS-AlF3. In this thesis, all steps of the synthesis route were thoroughly investigated. The results of these investigations together with detailed analysis of the obtained materials are reported and discussed. HS-AlF3 supported on Al2O3 with different HS-AlF3 loadings was prepared by wet impregnation method. The properties of the HS-AlF3/Al2O3 samples as Lewis acid catalyst were evaluated for CHClF2 dismutation and CBrF2CBrFCF3 isomerization. The preparation of AlFyOx via sol-gel method is also reported. AlFyOx prepared is amorphous and have high surface are up to 240 m2/g.