Abstract
Motivasjonen for oppgaven er å lage en heterogen katalysator som kan konvertere metan direkte til andre kjemikalier. Det kjemiske grunnlaget er hentet fra et homogent system hvor katalysatoren er et metallorganisk kompleks. I det homogene systemet har aktiviteten blitt bekreftet av isotopmerkede eksperimenter. Både mekanismen for aktiveringen og det katalytisk aktive setet har blitt bestemt. Aktiveringen skjer via oksidativ addisjon og det aktive setet er platina i oksidasjonstrinn II koordinert til en nitrogenholdig organisk ligand.
Oppgaven går ut på å lage en heterogen utgave av det katalytisk aktive metallorganiske komplekset. Dette tenkes å kunne gjøre ved å binde de metallorganiske kompleksene sammen i tre dimensjoner slik at produktet blir et fast metallorganisk nettverk, også kalt for koordinasjonspolymer. Det har blitt antatt at de kjemiske egenskapene til en substans er i første omgang avhengig av atomorienteringene. Av den grunn skulle et fast metallorganisk nettverk med de samme atomorienteringene som det metallorganiske komplekset beholde den katalytiske egenskapen.
I løpet av forskningsoppgaven har det blitt fremstilt tre nye faste platinaorganiske forbindelser, de er kalt for første, andre og tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse. Deres topologisk utforming, kvalitativ innhold, struktur og termisk stabilitet er bestemt ut ifra lysmikroskop, sveipende elektronmikroskop, røntgendiffraksjon og termogravimetri.
Førstegenerasjon platinaorganisk forbindelse er bygget opp av molekylære enheter og er termisk stabil til omtrent 220C. Disse enhetene består av plankvadratisk firekoordinert Pt2+ koordinert til nitrogenatomene på to forskjellige etylendiaminmolekyler. Etylendiamin koordineres som et 2 ligand og holdes sammen av silisiumheksafluorid anioner.
Strukturen til andregenerasjon platinaorganisk forbindelse er ikke fullstendig løst på grunn av dårlig kvalitet av prøven. Forbindelsen består i hovedsakelig av Pt2+ koordinert til to 4,4-bipyridinligander i trans posisjon. De to andre koordinasjonssetet er okkupert av kloridioner. Kun et nitrogenatom i 4,4-bipyridinmolekylet er koordinert til platina. Forbindelsen kan dermed sees som å være bygget opp av nøytrale enheter av platina, 4,4-bipyridin og klorid. Disse enhetene holdes sammen av hydrogenbindinger mot det andre nitrogenatomet til 4,4-bipyridin som ikke er koordinert til platina og -attraksjonene fra bipyridin ringene.
Tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse er en tredimensjonal bimetallisk koordinasjonspolymer. 2,2-bipyridin-5,5-dikarboksylsyre er brukt som ligand. Strukturen er bygget opp av platina som koordineres til nitrogenatomene til liganden i cis posisjon og gadolinium som koordineres til oksygenatomene til liganden. De to andre koordinasjonssetet rundt platina er okkupert av kloridioner. Tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse er termisk stabil til 350C. Forbindelsen inneholder både koordinert og ikke koordinert vann. Atomorienteringen i tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse rundt platina er nesten identisk med det katalytisk aktive komplekset, den eneste forskjellen er at metylgruppene i komplekset er substituert med kloridioner.
En blanding av tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse og liganden viste ingen katalytisk aktivitet ovenfor metan under gjennomstrømning av metan og helium i en stasjonær sjikt reaktor. Dette skyldes sannsynligvis av at krystallstrukturen til tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse er for tett, dette hindrer reaktantene fysisk til å diffundere inn i strukturen og adsorbere på de katalytisk aktive setene.
Tredjegenerasjon platinaorganisk forbindelse kan sies å være en heterogen utgave av et metallorganisk kompleks. Den heterogene utgaven har ikke den katalytiske egenskapen ovenfor metan. Arbeidet viser at det er mulig å fremstille et fast stoff som har eksakt den ønskede atomorienteringen.