Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
PHẦN 2 : MỐI QUAN HỆ GIỮA TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE

PHẦN 2 : MỐI QUAN HỆ GIỮA TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE

Tải bản đầy đủ - 0trang

Với n = 0,1,2,… là chỉ số Landau, chỉ số Landau bao gồm cả quỹ đạo và spin với

n = k + s + ½ , với k = 0,1,2,… , s = ± ½

Mức Landau thấp nhất ứng với n = 0 tương ứng với k = 0 và s = -1/2 , nghĩa là đây là

trạng thái phân cực spin.

Với các mức Landau n > 0 , có sự suy giảm trong mỗi cấp với một động lượng cố định

theo hướng dọc p3 .

Tương ứng với sự năng lượng thấp nhất n = 0 này, E p3 = ± ( m2 + (p3)2 ) giống như với

phổ trong lý thuyết trường cấp ba ( 1+1 ) với tọa độ không gian theo trục tung. Đây là

sự giảm chiều từ ( 3+1 ) thành ( 1+1 ) trong một từ trường không đổi. Từ kết quả trên,

người ta đã đưa ra kết luận, nguyên nhân của sự giảm chiều một phần là do sự giới hạn

chuyển động của các fermion Dirac trong mặt phẳng x 1x2 vng góc với từ trường.

Hiệu ứng này có thể quan sát được khi cyclotron chuyển động, lực Lorentz làm cho

các hạt tích điện chuyển di chuyển theo quỹ đạo tròn hay trong mặt phẳng x 1x2 , nhưng

không hạn chế chuyển động của chúng dọc theo hướng x 3. Từ đó, dẫn đến một tính

chất là lượng tử hóa theo quỹ đpạ vng góc, nếu khơng có lượng tử hóa như vậy, sự

tách biệt giữa năng lượng thấp hoàn toàn bị chi phối bởi mức Landau thấp nhất là

không thể thực hiện được.

Cần lưu ý rằng spin cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự giảm chiều của fermion

Dirac. Nếu khơng có spin (s = 0), năng lượng của mức Landau thấp nhất sẽ có tỷ lệ với

√|eB |, mà khơng biến mất nhỏ so với năng lượng của mức Landau tiếp theo √3|eB |.

Sau đó, việc tách biệt mức Landau thấp nhất thành một trường hợp năng lượng thấp,

sự giảm kích thước trong lý thuyết sẽ trở nên vô lý và vô nghĩa.



1.2.2. Các Fermion Dirac trong từ trường trong hai chiều (2 + 1)

Đây đơn giản là để có quang phổ của fermion Dirac trong 2 + 1. Trong trường hợp

khơng có hướng dọc x3, từ trường B khơng phải là một vectơ trục, mà vô hướng. Liên

quan đến Dirac trong từ trường ( 2+1 ) , có tồn tại hai biểu bất đẳng thức không tương

đương



+ γ0 = σ3, γ1 = iσ1, γ2 = iσ2

+ γ0 = −σ3, γ1 = −iσ1, γ2 = −iσ2,



trong đó σi là hệ số trong ma trận Pauli.

Trong mỗi công thức này, bản chất của mức Landau thấp nhất là hơi khác thường: nó

chỉ có trạng thái hạt (với năng lượng dương E0 = m) hoặc chỉ là trạng thái phản hạt

(với năng lượng âm E0 = −m) . Công thức năng lượng như sau:



Ta thấy, công thức khá giống với công thức trong ( 3+1 ) , chỉ khác phần phụ thuộc

theo p3 .

Lặp đi lặp lại các đối số tương tự như trong trường hợp ba chiều (3 + 1), chúng ta thấy

rằng năng lượng thấp của lý thuyết Dirac trong các chiều ( 2+1 ) cũng được xác định

bởi mức Landau thấp nhất. Giả định rằng khối lượng Dirac nhỏ hơn nhiều so với quy

mô năng lượng Landau tương ứng (m√|eB|) để đảm bảo sự phân tách rõ ràng về quy

mô năng lượng thấp và năng lượng cao.

Cũng giống như trong trường hợp chiều cao hơn, tất cả các mức Landau là (vơ hạn)

thối hóa. Cụ thể, số trạng thái thối hóa trên một đơn vị diện tích là | eB2π | ở mức

Landau thấp nhất. Một điểm đặc biệt trong lý thuyết hai chiều (2 + 1) là phổ kích thích

rời rạc, chứ khơng phải là liên tục. Trong trường hợp khơng có hướng x 3 và số lượng

tử liên quan p3, tất cả các trạng thái năng lượng dương ở mức Landau thấp nhất có

cùng năng lượng E0 = m. Hơn nữa, khi m → 0, năng lượng này đi tới 0 và trở nên

thối hóa với trạng thái năng lượng âm E0 = −m.

Một tính năng đặc biệt và khá khác thường của các fermion Dirac hai chiều (2 + 1)

trong từ trường là sự tự phá vỡ đối xứng. [6]



1.2.3. Xúc tác từ trong NJL

Mơ hình NJL ( Nambu – Jona – Lasinio ) là một phát minh vào năm 1961 của Yoichiro

Nambu và Giovanni Jona-Lasinio.

Mơ hình này dựa trên lý thuyết siêu dẫn BCS, ban đầu là một lý thuyết về các hạt nhân

sơ cấp. Sau đó, trong thập niên 80 được nghiên cứu như một lý thuyết hạt cơ bản mang

điện và rất thành công trong mô tả các tổ hợp, vật chất hạt nhân. Y.Nambu đã giành



được giải Nobel vật lí năm 2008 cho mơ hình NJL: “ khám phá ra cơ chế tự do bị phá

vỡ đối xứng trong vật lý hạ nguyên tử” [7]

*Hàm biểu diễn Lagrangian trong Mơ hình NJL trong ba chiều ( 3+1 )



Với G là hằng số liên kết

Sự đối xứng trong đồng phân lập thể ngăn sự tạo ra khối lượng trong lý thuyết nhiễu

loạn. Khi liên kết G > Gc = 4π2 /Λ2 và không gian của đồng phân lập thể không biến

mất. Đối xứng lập thể bị phá vỡ ngay lập tức. Mơ hình NJL chiếm một vị trí tương tự

trong vật lý hạt là mơ hình Hubbard trong vật lý chất rắn.



- Với Trường hợp liên kết yếu : Khi G → 0 kết quả cho thấy một điểm kì dị cần

-



thiết. Xúc tác từ khơng có tác dụng nhiều

Giới hạn từ khơng : giải pháp nontrivial ( không tầm thường ) là g = GΛ 2 / 4π2,

với g < 1 thì thì m = 0, và g > 1 giải pháp này mới có thể có khả thi



*Hàm biểu diễn Lagrangian trong mơ hình NJL trong hai chiều ( 2+1 )



- Với Trường hợp liên kết yếu: mơ hình NJL là bất biến đối xứng, năng lượng

-



được tạo ra ở bất cứ liên kết nào, xúc tác từ xảy ra ở các liên kết.

Với Trường hớp liên kết mạnh : khả năng xúc tác từ được xác định bằng cách



-



khi các trường nguyên tử mang thêm một chỉ số “màu” α = 1, 2, . . .

Giới hạn từ không : khi hằng số khớp nối đủ lớn G > π , đối lập với việc tạo

khối lượng động trong từ trường ( khi mà các giá trị nhỏ tùy ý của hằng số liên

kết G )



2. Ứng dụng của xúc tác từ

2.1. Xúc tác từ trong quá trình tách Cacboxyl của axit Oxalat



Kinerio nghiên cứu sự tách Cacboxyl của axit phenyl malonic trong dung dịch

nước với nồng độ cao các ion đất hiếm cho thấy rằng các ion nghịch từ có ảnh hưởng

ít đến tỷ lệ tác dụng, trong khi ion thuận từ khiến khả năng tăng 10%. Các ion Đất

hiếm gần như không phản ứng mấy với axit phenyl malonie. Vì bất kỳ hiệu ứng từ tính

nào phải là một chức năng rất nhạy cảm với khoảng cách giữa chất xúc tác và chất

nền, một nghiên cứu giờ đây được làm bằng động học của q trình khử decacboxyl

hóa axit, các anion được biết là trở nên liên kết mạnh hơn với ion kim loại. Động học

của quá trình decacboxyl của oxalat axit và anion của nó đã được điều tra bởi

Pedersen. Bây giờ chúng ta đã đo được tỷ lệ decarboxyl hóa của axit này trong dung

dịch nước ở 37 với sự có mặt của các ion lanthanum (La), gadolinium (Gd), yttrium

(Y), dysprosi (Dy) và lutecium (Lu). Phương pháp áp kế được sử dụng để theo dõi sự

phản ứng của cacbon dioxit tạo ra hệ số tỷ lệ đơn chính xác đến 3%. Các phép đo pH

cho thấy các hằng số phân ly nhiệt động lực học , trong đó M s+ đại diện là ion đất hiếm

và A- anion oxaloacetat hóa trị hai, khoảng 2.10-25



2.2.



Xúc tác từ trong graphen đơn lớp



Graphen là một dàn các tinh thể hình tổ ong của các nguyên tử cacbon.



Hình biểu hiện quan hệ giữa khoảng trống denta n và mức Landau n



Nguồn gốc của quang phổ và độ dẫn Hall trong các cấp Landau n = 0 và n = 1



(a) denta = 0 và EZ = 0 ; ν = ±2, ±6, ±10, . . . .

(b)



denta ≠ 0 và EZ = 0, v = 0, ±2, ±6, ±10, . . . .



(c) denta = 0 và EZ =6 0, ν = 0, ±2, ±4, ±6, . . . .

(d)



denta ≠ 0 và EZ =6 0, ν = 0, ±1, ±2, ±4, . . . .



Ta thấy, mức độ quan hệ giữa các mức Landau cũng như năng lượng Ez với các

khoảng trống trong Graphen, muốn làm vật liệu có khoảng cách như nào thì cần dựa

vào trạng thái mức Landau.

γγγ γγp



2.3. Xúc tác từ nano

2.3.1. Xúc tác bề mặt

Là xúc tác không tham gia vào phản ứng, được cho vào phản ứng để tăng vận tốc phản

ứng, không thay đổi trong quá trình phản ứng.



- Ruthenium hydroxit chất xúc tác từ (Ru(OH) x / Fe3O4 ) để thúc đẩy quá trình

oxy hóa hiếu khí của rượu để tạo thành aldehyde và xeton, cũng như q trình

oxy hóa hiếu khí của amin để tạo thành nitriles và chiết xuất để sản xuất rượu.

Các chất xúc tác được đặc trưng đo bởi XPS, XRD và BET. Kết quả cho thấy

Ru được đánh giá cao trên Fe 3O4. Đây là một loại xúc tác tốt, mà khơng gây

phản ứng phụ nào. Ví dụ : xúc tác Ru(OH) x / Fe3O4 trong phản ứng của ancol ,

amin, cacboxyl



- Năm 2007, Park et al. báo cáo một thủy phân epoxit có hiệu quả cao và chọn

lọc được xúc tác bởi chất xúc tác palladium có thể tách được từ tính dưới áp



suất 1.0 atm H2 ở nhiệt độ phòng. Chất xúc tác palladium được điều chế bằng

một quá trình sol-gel kết hợp các hạt nano palladium và các hạt nano oxit sắt

siêu thuận từ trên một ma trận ide oxyhydrox nhơm. Trong q trình, các epoxit

được hấp thụ tốt và chuyển hóa hồn tồn thành các hợp chất ancol mong muốn

(99%) . Đặc biệt, chất xúc tác này có thể được tái sử dụng ít nhất 25 lần mà

khơng bị mất hoạt tính.



- Plucinski và cộng sự đã nghiên cứu được rằng một loạt các chất xúc tác Pd

nano dễ dàng phân tách được với các đường kính 7-17 nm được áp dụng trong

liên kết Suzuki, liên kết Heck, hydro hóa benzaldehit và phản ứng ngưng tụ của

bromobenzene với morpholine .



2.3.2. Xúc tác trực tiếp

- Xia và các đồng nghiệp đã phát triển phương pháp tự đốt cháy, sol gel đơn giản

để chuẩn bị kết tinh nano spinen từ các tinh thể nano, xúc tác oxit coban ferrite.

Các xúc tác này được chuẩn bị theo nhiều tỉ lệ mol khác nhau của Co(II):

Fe(III) và được đặc trưng đo bởi XRD, FTIR và TEM. Để nghiên cứu hiệu suất

xúc tác của chúng, các chất xúc tác này đã được áp dụng thành cơng trong q

trình oxy hóa cyclohexan với oxy là chất oxy hóa trong trường hợp khơng có

dung mơi và chất khử. Việc kiểm tra chất xúc tác cho thấy kết quả xuất sắc với

số doanh thu và 92,4% chọn lọc đối với các sản phẩm cyclohexanol và

cyclohexanol đã được quan sát thấy không đạt áp suất 1,6MPa dioxygen ở

145°C sau 6h và CoFe2O4 làm chất xúc tác. Sau 5 lần tái sử dụng xúc tác, thấy

nó mất hoạt tính thấy rõ. Ngồi ra, q trình oxy hóa các alkane tuyến tính cũng

được thực hiện.



-



2.3.3. Xúc tác hữu cơ

- Năm 2005, Gao và các cộng sự đã thiết kế các hạt nano siêu bền lõi bao gồm

một tinh thể γ-Fe2O3 lõi và một polyme rất mỏng. Cuối cùng, một chất xúc tác

palladium được kết hợp với các N-heterocyclic carbenes (NHC) ở bề mặt. Các

phức hợp Pd/NHC được hỗ trợ từ hạt nano để thúc đẩy sự ghép nối chéo của

aryl halogen với aryl boronic axit. Đáng chú ý nhất, 1,52.10 -2 mol % Pd tại các

hạt nano oxit sắt là đủ để xúc tác liên kết Suzuki hiệu quả. Sau khi hoàn thành

các phản ứng, các chất xúc tác được hỗ trợ hạt nano được tập trung từ tính ở

một bức tường bên. Hơn nữa, chất xúc tác paladi được thu hồi lại bằng cách rửa

nhiều lần bằng dung môi hữu cơ, tiếp theo là khí oxy. Hơn 97% các hạt nano

oxit sắt - hoạt tính được tái chế dựa trên trọng lượng của các hạt nặng trên bề

mặt.



- Trong một đề án tương tự cũng với phức hợp Pd/NHC và sự hỗ trợ γ-Fe 2O3 để

tạo thành oxit sắt Pd. Kể từ khi chất xúc tác oxit sắt-Pd được cố định trên bề

mặt nanocluster, các chất nền được tương tác với bề mặt của chất xúc tác để tạo

thành các sản phẩm cuối cùng. Chất xúc tác này đã có thể vượt qua những hạn

chế điển hình của ma trận hỗ trợ khơng đồng nhất, nơi mà các vị trí hoạt động

thường khó tiếp cận được bởi chất nền. Quan trọng hơn, các nghiên cứu động



học so sánh cho thấy phản ứng xúc tác bởi sắt oxit-Pd được thúc đẩy nhanh hơn

nhiều so với các phản ứng tương ứng được xúc tác bởi pha rắn Pd. [8]



PHẦN KẾT LUẬN

Vật liệu Perovskite nói chung và vật liệu Perovskite từ tính nói riêng có ứng dụng

rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống. Có rất nhiều nghiên cứu cho

thấy khả năng ấn tượng trong xúc tác từ của các Perovskite kích cỡ nanomet. Các

chất xúc tác từ nano này có thể thúc đẩy các phản ứng hóa học với hoạt động tương

tự hoặc thậm chí tăng cường, so với các chất xúc tác đồng nhất. Điều này có thể

được coi là một bước đột phá lớn trong tổng hợp hóa học xanh. Do đó, các hạt

nano từ tính trong xúc tác đang thu hút khá nhiều sự chú ý các bởi các nhà nghiên

cứu hóa học. Việc tái chế vật liệu từ tính có tiềm năng lớn trong lĩnh vực mới này.

Có niềm tin rằng, trong tương lai gần việc áp dụng các vật liệu từ tính trong xúc tác

sẽ khắc phục được nhiều hạn chế như: sự hình thành liên kết mới sẽ được thực hiện

trực tiếp; tránh được quá trình lọc giữa kim loại và chất xúc tác (3) các chất xúc tác

lưỡng kim sẽ được phát triển cho các phản ứng ghép đôi.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

PHẦN 2 : MỐI QUAN HỆ GIỮA TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×