Consortional main: Aerobic selective oxidation on gold-containing bimetallic catalysts  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101854
Type K
Principal investigator Vargáné Beck, Andrea
Title in Hungarian Konzorcium, fő p.: Aerob szelektív oxidáció aranytartalmú kétfémes katalizátorokon
Title in English Consortional main: Aerobic selective oxidation on gold-containing bimetallic catalysts
Keywords in Hungarian szelektív oxidáció, kétfémes nanorészecskék, Au, Ag, Cu, Ru, Ir
Keywords in English selective oxidation, bimetallic nanoparticles, Au, Ag, Cu, Ru, Ir
Discipline
Chemical Engineering (Council of Physical Sciences)60 %
Ortelius classification: Green chemistry
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)20 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Material Science and Technology (chemistry) (Council of Physical Sciences)20 %
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Institute for Energy Security and Environmental Safety (Centre for Energy Research)
Participants Benkó, Tímea
Borkó, László
Frey, Krisztina
Guczi, László
Győrffy, Nóra
Horváth, Anita
Nagy, Gergely
Schay, Zoltán
Srankó, Dávid Ferenc
Tungler, Antal
Starting date 2012-04-01
Closing date 2017-03-31
Funding (in million HUF) 18.327
FTE (full time equivalent) 12.06
state closed project
Summary in Hungarian
A szelektív oxidációs folyamatok a szerves folyamatok olyan nagy csoportját képviselik, ahol tiszta, hatékony “zöld kémiai” reakciók alkalmazásával jelentős gazdaságossági és környezetvédelmi hatást érhetünk el. A legideálisabb cél nagyhozamú, szelektív átalakulás elérése atmoszférikus nyomáson, szobahőmérsékleten, vizes oldatban vagy oldószer nélkül, oxidálószerként levegő alkalmazásával. Az arany-alapú kétfémes katalizátorok különösen reményteljes, de még csak részlegesen feltárt katalizátorai a szelektív oxidációs reakcióknak. Au-M (M: Ag, Cu, Ru, Ir) hordozós kétfémes katalizátorokat fejlesztünk, vizsgálunk és hasonlítunk össze hidroxi-aldehidek, alkoholok és szénhidrogének szelektív oxidációjára, glükóz, benzyl-alkohol és toluol, mint model vegyületek alkalmazásával. A preparálási módszer és a két fém atomarányának hatását vizsgáljuk a katalizátor szerkezetére, aktivitására, szelektivitására és stabilitására. Az egyik jól működő katalitikus rendszerben a hordozó sav-bázis tulajdonságainak hatását is tanulmányozzuk a hordozó módosításával hatékony új típusú többfunkciós katalizátor kialakításának reményében.
Summary
Selective oxidations represent a large class of organic reactions where the development of clean and efficient ‘‘green chemistry’’ processes can have a significant positive economic and environmental impact. The ultimate objective is to carry out green liquid-phase oxidations at atmospheric pressure and room temperature, either in aqueous media or under solvent-free conditions, using air as oxidant. Bimetallic Au-based catalysts represent a highly promising and relatively unexplored dimension of catalysis in selective oxidation reactions. Supported bimetallic Au-M (M: Ag, Cu, Ru, Ir) catalysts will be developed, studied and compared for selective oxidation of hydroxy-aldehydes, alcohols or hydrocarbons investigating these reactions by model substrates as glucose, benzyl-alcohol and toluene. The effect the preparation method and the molar ratio of the metals will be investigated on the catalyst structure and the catalytic activity, selectivity and stability. On the best performing catalytic system the effect of the acid-base character of the support is to be studied for the possible development of efficient novel multifunctional catalysts.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az aranykatalizátorok hatékonyságának javítása céljából Au-Ag, Au-Cu, Au-Ru, Au-Ir kétfémes alumínium-oxid ill. Au-Ag és Au-Cu esetén szilícium-oxid hordozós rendszereket vizsgáltunk és hasonlítottunk össze benzilalkohol és glükóz, mint alkoholok illetve szénhidrátok (fontos biomassza alapú nyersanyagok) modell szubsztrátumai aerob szelektív oxidációjában. Tanulmányoztuk a második fém (M) hatását és a szerkezet és katalitikus tulajdonságok összefüggését. Az előállított katalizátorokban igazoltuk kétfémes részecskék jelenlétét. Az Au-Ag/SiO2 (atomarány Au/Ag=4/1) szinergikus aktivitásnövekedést (azonos aranytartalomra vonatkoztatva) mutatott mindkét reakcióban, az Au-Cu/Al2O3 (Au/Cu=1/1) csak a benzilalkohol oxidációban, míg a glükóz oxidációban a Cu csökkentette az arany aktivitását, ahogyan a Ru és az Ir mindkét reakcióban az Au-Ru/Al2O3 illetve az Au-Ir/Al2O3 (Au/M=1/1) katalizátorokban. A szinergizmus mértékét befolyásolta a hordozó minősége, az Au/M atomarány, és hogy a benzilalkohol oxidáció bázis hozzáadásával vagy anélkül történt-e. Meghatározó volt az arany atomok koncentrációja a felületen, ahol a második fém (amely egyfémes katalizátorként elhanyagolható aktivitást mutatott) dúsult, mivel az arany az aktív centrumok nélkülözhetetlen komponense, amelyet a második fém tovább aktíválhat. Az Au-Ag/Al2O3 (Au/Ag=4/1) rendszerben az Ag módosította a glicerin oxidáció szelektivitását az Au/Al2O3-éhoz képest, növelte a glicerinsav oxidációját tartronsavvá.
Results in English
For improving the efficiency of gold catalysts Au-Ag, Au-Cu, Au-Ru, Au-Ir bimetallic compositions on alumina and in case of Au-Ag and Au-Cu systems also on silica support were studied and compared in selective aerobic oxidation of benzyl-alcohol and glucose, as model substrates of alcohols and carbohydrates, respectively, which are important biomass derived feedstocks. The effect of the second metal (M) and the structure-catalytic properties relationship was investigated. The presence of bimetallic particles were confirmed in all the catalysts prepared. Au-Ag/SiO2 (atomic ratio Au/Ag=4/1) presented clear synergism in activity related to the same Au content in both reactions, Au-Cu/Al2O3 (Au/Cu=1/1) only in benzyl alcohol oxidation, while in glucose oxidation Cu decreased the activity of gold, as Ru in Au-Ru/Al2O3 and Ir in Au-Ir/Al2O3 (Au/M=1/1) in both reactions. The extent of synergetic effect depended on the type of the support, the Au/M atomic ratio and in case of benzyl alcohol oxidation if base free conditions or base addition was applied. The accessibility of gold on the surface, where typically the second metal was enriched (which in monometallic form had negligible activity) had decisive effect, since gold was suggested to be the essential component of the active sites that could be promoted by the second metal. In glycerol oxidation the selectivity of gold could be modified by Ag in Au-Ag/Al2O3 (Au/Ag=4/1) increasing the glyceric acid oxidation to tartronic acid.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101854
Decision
Yes





 

List of publications

  
Guczi L, Beck A, Paszti Z: Gold catalysis: Effect of particle size on reactivity towards various substrates, CATAL TODAY 181: (1) 26-32, 2012, 2012
Benkó T, Nagy G, Frey K, Srankó DF, Schay Z, Beck A: Bimetallic Ag-Au/SiO2 catalysts in glucose and benzyl alcohol oxidation, In: 12th Pannonian Symposium on Catalysis . Trest, Csehország, 2014.09.16-2014.09.20. Kiadvány: 2013. Paper P.37., 2014
G. Nagy, T. Benkó, D.F. Srankó, L. Borkó, Z. Schay, G. Sáfrán, O. Geszti, A. Beck: Bimetallic Au-Cu/Al2O3 Catalysts in Selective Aerobic Oxidation of Glucose and Benzyl Alcohol, 12th European Congress on Catalysis – EuropaCat-XII. Konferencia helye, ideje: Kazan, Oroszország, 2015.08.30-2015.09.04. pp. 1383-1384., 2015
G. Nagy, D.F. Srankó, L. Borkó, Gy. Sáfrán, O. Geszti, A. Beck: Kétfémes Au-Cu/Al2O3 katalizátorok: Szinergikus hatás benzil-alkohol aerob szelektív oxidációjában, MKE 2. Nemzeti Konferencia, Hajdúszoboszló, 2015. augusztus 31-szeptember 2. (előadás), 2015
L. Borkó, N. V. Vlasenko, Zs. Koppány, Z. Schay, P. E. Strizhak, L. Guczi: Oxidation of CH4 with N2O on M/Ga/H-ZSM-5 (M-transition metal) catalysts: combined redox and acid-base effect, 15th International Congress on Catalysis, Munich, Germany, July 1-6, 2012, Abstract Book, 2012
G. Sáfrán, O. Geszti, V. Kovács Kis: A calibration of HRTEM for measuring lattice distortions in catalyst nanocrystals, 14th Joint Vacuum Conference, 12th European Vacuum Conference, Dubrovnik, Croatia, Jun 4-8. 2012, poszter, Abstract Book, 2012
Borkó L; Vlasenko N V; Koppány Zs; Schay Z; Strizhak P E; Guczi L: Oxidation of CH4 with N2O on M/Ga/H-ZSM-5 (M-transition metal) catalysts: combined redox and acid-base effect, 15th International Congress on Catalysis, Munich, Germany, July 1-6, 2012, Abstract Book, 2012
Sáfrán G; Geszti O; Kovács Kis V: A calibration of HRTEM for measuring lattice distortions in catalyst nanocrystals, 14th Joint Vacuum Conference, 12th European Vacuum Conference, Dubrovnik, Croatia, Jun 4-8. 2012, poszter, Abstract Book, 2012
Benkó T; Frey K; Beck A; Geszti O; Guczi L; Schay Z: Silica-supported bimetallic Ag-Au nanoparticles: Formation, structure and high activity in glucose oxidation, 11th European Congress on Catalysis – EuropaCat-XI, Lyon, France, September 1st-6th, 2013, 2013
Benkó T; Beck A; Frey K; Srankó D F; Geszti O; Sáfrán G; Maróti B, Schay Z: Bimetallic Ag-Au/SiO2 catalysts: Formation, structure and synergistic activity in glucose oxidation, Applied Catalysis A: Gen. 479: 103-111, 2014
Nagy G; Benkó T; Borkó L; Csay T; Horváth A; Frey K; Beck A: Bimetallic Au-Ag/SiO2 catalysts: Comparison in glucose, benzyl alcohol and CO oxidation reactions, Reac. Kinet. Mech. Cat. 115: 45-65, 2015
Beck A, Benkó T, Srankó DF, Nagy G, Borko L, Schay Z, Sáfrán Gy, Geszti O: Bimetallic Au-Cu/Al2O3 catalysts in oxidation of glucose and benzyl alcohol, In: 12th Pannonian Symposium on Catalysis . Trest, Csehország, 2014.09.16-2014.09.20. Kiadvány: 2014. Paper P.23., 2014
Benko T, Beck A, Frey K, Safran Gy, Sranko DF, Schay Z: SiO2 hordozós kétfémes arany-ezüst nanorészecskék előállítása, jellemzése és aktivitása glükóz oxidációban, In: Endrődi B, Laufer N (szerk.) (szerk.) XXXVI. Kémiai Előadói Napok: Program és előadás-összefoglalók. Szeged: JATEPress - Szegedi Egyetemi Kiadó, 2013. pp. 205-207., 2013
Benkó T, Frey K, Beck A, Geszti O, Guczi L, Schay Z: Silica-supported bimetallic Ag-Au nanoparticles: Formation, structure and high activity in glucose oxidation, In: Rachel R (szerk.) (szerk.) 11th European Congress on Catalysis: EuropaCat-XI. Lyon, Franciaország, 2013.09.01-2013.09.06. Kiadvány: 2013. Paper POSTER1-T2-83., 2013
Benkó T, Nagy G, Frey K, Srankó DF, Schay Z, Beck A: Bimetallic Ag-Au/SiO2 catalysts in glucose and benzyl alcohol oxidations, In: 12th Pannonian Symposium on Catalysis . Trest, Csehország, 2014.09.16-2014.09.20. Kiadvány: 2013. Paper P.37., 2014
L. Borkó,N.V. Vlasenko, A.M. Puziy,A. Beck,P.E.Strizhak: Activation of methane with N2O on M/Ga/H-ZSM-5 (M-transition metal) catalysts: influence of acidity on the formation of complex active sites, 11th Natural Gas Conversion Symposium, Tromsø, Norway, June 5-9, 2016, 2016
G. Nagy, G. Sáfrán, D. F. Srankó, L. Borkó, Z. Schay, B. Maróti, F. Schmidt, F. Hofer, A. Beck: Aerobic oxidation of benzyl alcohol and glucose on alumina supported Au-containing bimetallic catalysts: Comparison of Ag, Cu, Ru and Ir as second metals, 13th Pannonian International Symposium on Catalysis, (ISBN 978-963-9970-56-4) 122 (2016), 2016
G. Nagy: Alumina-supported bimetallic Au-Cu catalysts in the selective aerobic oxidation of glucose and benzyl alcohol, V. Interdiszciplináris Doktorandusz Konferencia, 2016. május 27-29., Pécs, 2016
G. Nagy, D.F. Srankó, G. Sáfrán, L. Borkó, Z. Schay, A. Deák, B. Maróti, F. Schmidt, F. Hofer and A. Beck: Aerobic oxidation of benzyl alcohol and glucose on Au-Cu bimetallic catalysts: Relation between structure and catalytic activity, 13th Pannonian International Symposium on Catalysis, (ISBN 978-963-9970-56-4) 45 (2016), 2016
Borkó L,Vlasenko NV, Puziy AM, Beck A, Strizhak PE: Activation of CH4 with N2O on nanophase M/Ga/H-ZSM-5 (M-transition metal) catalysts: influence of acidity, Abstract book of 2nd Symposium on "Modern Problems of Nanocatalysis" NANOCAT 2017, September 24-29, 2017, 2017
Laura Prati, Claudio Evangelisti, Alberto Villa, Andrea Jouve, Cristina Tiozzo, Gergely Nagy, Ferenc Somodi, György Sáfrán, Andrea Beck: Gold-Silver catalysts: effect of catalyst structure in the selectivity of glycerol oxidation, 13th European Congress on Catalysis (EUROPACAT 2017), August 27-31, 2017, Florence, Italy, 2017
G. Nagy, F. Somodi, G. Sáfrán, Z. Schay, T. Gál, A. Beck, Laura Prati, Claudio Evangelisti: Sol derived alumina and silica supported Au-Ag bimetallic catalysts: Structure and activity in aerobic selective oxidation of benzyl alcohol, 33rd European Conference on Surface Science, 27 Aug-1 Sep 2017, Szeged Hungary, 2017
S. Stichleutner, A. Beck, G. Nagy, D.F. Srankó, G. Sáfrán, F. Schmidt, K. Lázár: 197Au Mössbauer study of bimetallic Au-Cu/Al2O3 catalysts, ICAME 2017 - International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect, 03-08 September 2017, Saint Petersburg, Russia, 2017




 

Events of the project

  
2016-02-19 11:07:21
Résztvevők változása
2013-02-04 16:59:45
Résztvevők változása



Back »