Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/78094
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorBurapat Inceesungvorn-
dc.contributor.advisorSaengrawee Sriwichai-
dc.contributor.advisorParalee Waenkaew-
dc.contributor.authorWitchaya Phasayavanen_US
dc.date.accessioned2023-06-21T01:03:07Z-
dc.date.available2023-06-21T01:03:07Z-
dc.date.issued2023-03-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/78094-
dc.description.abstractAmines, azo and azoxy compounds are important chemicals that have been largely used in manufacture of pigments, polymers and drugs. Because of the harsh conditions and high energy consumption in the conventional synthesis of these compounds, the heterogeneous catalytic was introduced to overcome the problems. Bismuth molybdate, one of Mo-based oxide materials, has high visible light absorption coefficient which can benefit its utilization in organic syntheses under visible light irradiation. In this work, bismuth molybdate was improved by morphology controlled solvothermal to achieve the suitable morphology. The photocatalytic activity in benzylamine oxidation to imine as well as physical and photoelectrochemical properties of the obtained material was investigated to define the structure-activity relationship. The bismuth molybdate photocatalyst can convert up to 96.9% of benzylamine to imine with the yield of 81.2% within 2 h. According to the characterization results from various techniques i.e., BET surface area, solid ESR, and photoelectrochemical techniques, the solvothermal synthesis induces the morphology that exposes higher surface area and more oxygen vacancy than materials from hydrothermal method. These parameters contribute to the excellent performance in photocatalytic oxidation of benzylamine to imine in the solvothermally prepared material. Moreover, the mechanism of this reaction over the surface of bismuth molybdate was proposed to relate with cation intermediate and superoxide radical due to the suitable band energy levels of the material. The evidence from this work confirms that improvement of bismuth molybdate by surface engineering methods can enhance the photocatalytic activity in organic syntheses without adding cocatalysts. Other than oxidation of benzylamine to imine, the reduction of nitrobenzene is one of the interesting reactions as the different main products i.e., aniline, azobenzene, and azoxybenzene can be produced. As bismuth molybdate shows an excellent photocatalytic activity toward the organic syntheses, this material is worth studying for selectively produce each possible product from tuning the reaction conditions. As bismuth molybdate can possess different phases, in this work, the effect of phase to photocatalytic activity of Bi2MoO6 and Bi4MoO9 in nitrobenzene reduction was investigated. The results show that Bi2MoO6 phase has more suitable energy level and better charge transfer ability than Bi4MoO9. was the most efficient visible-light driven photocatalyst for nitrobenzene reduction. Additionally, it can selectively achieve different products with adjustable reaction conditions. The reduction of nitrobenzene with the addition of hydrazine occurs through the direct pathway and provides aniline in the yield of 94.0% within 14 h. To accomplish the condensation products i.e., azo and azoxy compounds, the alkaline environment was introduced to conduct the reaction pathway through condensation route. The azoxybenzene can be obtained in 96.7%yield within 3 h, but the azobenzene requires hydrazine-assisted to reach 99.9% within 8 h. In conclusion, this result can be a model for applying a single photocatalyst in various applications such as the manufacture of pigments, polymers and drugs. Apart from bismuth molybdate, molybdenum trioxide is another Mo-based oxide material that can present in various phase. The difference in structure of each phase can affect the catalytic activity in nitrobenzene reduction. In this work, MoO3 with two structures i.e., hexagonal (h-MoO3) and orthorhombic (α-MoO3) structures were synthesized and tested in the hydrazine-assisted hydrogenation of nitrobenzene to aniline. The α-MoO3 shows the potential in the reaction as of nitrobenzene in conversion of 99% converted to aniline with >99.9% of selectivity within 6 h at 35 ℃. From the XRD and XPS analysis, this α-MoO3 phase can be reduced by the hydrazine and incorporated by N atom to yield an active phase, (NH4)0.23H0.08MoO3. This active phase consists of Mo5+ which can act as adsorption site for hydrazine and elevate the generation of reactive hydrogen species which can be identified as Hδ-. Despite the change in structure of MoO3, the catalyst can maintain its efficiency within 4 cycles of the reaction. Hence, the Thus, the α-MoO3 catalyst can be used as a catalyst for practically hydrogenation of nitrobenzene to aniline at near room temperature.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.subjectHeterogeneous catalystsen_US
dc.subjectMo-based oxideen_US
dc.subjectBenzylamine oxidationen_US
dc.subjectBi2MoO6en_US
dc.subjectMoO3en_US
dc.subjectNitrobenzene reductionen_US
dc.titleDevelopment of molybdenum-based oxide heterogeneous catalysts for selective organic synthesesen_US
dc.title.alternativeการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ของออกไซด์ที่มีโมลิบดีนัมเป็นฐานสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์แบบเลือกสรรen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.lcshMolybdenum-
thailis.controlvocab.lcshMolybdenum compounds-
thailis.controlvocab.lcshOrganic compounds-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractสารประกอบเอมีน อะโซ และอะโซซีจัดเป็นสารประกอบสำคัญที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตสีย้อม พอลิเมอร์ และยา เนื่องจากการสังเคราะห์แบบดั้งเดิมของสารประกอบเหล่านี้เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่รุนแรงและมีการใช้พลังงานในการสูงจึงมีการประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว ตัวเร่งปฏิกิริยาบิสมัธโมลิบเดตเป็นวัสดุในกลุ่มออกไซด์ที่มีโมลิบดีนัมเป็นฐานที่มีค่าการดูดกลืนแสงในช่วงที่มองเห็นได้ที่สูงเมื่อเทียบกับวัสดุชนิดอื่นและสามารถนำมาใช้ในปฏิกิริยาสังเคราะห์ประกอบอินทรีย์ข้างต้นภายใต้การฉายแสงในช่วงที่มองเห็นได้ ในงานวิจัยนี้ได้ปรับปรุงความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของบิสมัธโมลิบเดตด้วยการสังเคราะห์แบบควบคุมสัณฐานของวัสดุโดยวิธีโซลโวเทอร์มอลเพื่อให้ได้ลักษณะสัณฐานที่เหมาะสมต่อการเร่งปฏิกิริยา ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของเบนซิลเอมีนเพื่อผลิตอิมมีนรวมถึงคุณสมบัติเชิงกายภาพและไฟฟ้าเคมีของวัสดุที่สังเคราะห์ได้ถูกศึกษาเพื่อระบุความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างกับสมรรถภาพ ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงบิสมัธโมลิบเดตนี้สามารถแปลงเบนซิลเอมีนมากถึง 96.9% และได้อิมมีน 81.2% เป็นผลิตภัณฑ์ภายในเวลา 2 ชั่วโมง จากผลการศึกษาคุณสมบัติด้วยวิธีวิเคราะห์ต่าง ๆ ได้แก่ การวิเคราะห์พื้นที่ผิว การวิเคราะห์การสั่นพ้องของอิเล็กตรอนเดี่ยวในของแข็ง และเทคนิคทางไฟฟ้าเคมีเชิงแสงพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยวิธีโซลโวเทอร์มอลมีลักษณะสัณฐานที่มีพื้นที่ผิวและปริมาณของช่องว่างออกซิเจนมากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล ซึ่งปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของเบนซิลเอมีนเป็นอิมมีนในวัสดุจากวิธีโซลโวเทอร์มอลดีกว่า นอกจากนั้นจากการศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวบนพื้นผิวของบิสมัธโมลิบเดตพบว่ามีความเกี่ยวข้องกับสารมัธยันตร์ที่มีประจุบวกและอนุมูลซุปเปอร์ออกไซด์จากระดับแถบพลังงานที่เหมาะสม หลักฐานเหล่านี้ยืนยันได้ว่าการปรับปรุงตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงบิสมัธโมลิบเดตด้วยวิธีวิศกรรมพื้นผิวส่งผลให้ประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์สารอินทรีย์โดยไม่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม นอกจากปฏิกิริยาสังเคราะห์อิมมีนจากเบนซิลเอมีนแล้ว ปฎิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีนเป็นหนึ่งในปฏิกิริยาที่น่าสนใจเนื่องจากสามารถให้ผลิตที่หลากหลาย ได้แก่ อะนิลีน อะโซเบนซีน และอะโซซีเบนซีน เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงบิสมัธโมลิบเดตแสดงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาได้ดีในปฏิกิริยาปฏิกิริยาสังเคราะห์สารอินทรีย์ วัสดุนี้จึงคุ้มค่าที่จะศึกษาและพัฒนาต่อในการสังเคราะห์สารผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่จำเพาะจากการปรับเปลี่ยนสภาวะในการสังเคราะห์ เนื่องจากวัสดุบิสมัธโมลิบเดตสามารถปรากฏได้หลายเฟส ในงานวิจัยนี้จึงศึกษาผลของเฟสของตัวเร่งปฏิกิริยาบิสมัธโมลิบเดตที่มีโครงสร้างเป็น Bi2MoO6 และ Bi4MoO9 ต่อการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีน ผลการศึกษาพบว่าบิสมัธโมลิบเดตในเฟส Bi2MoO6 มีแถบพลังงานที่เหมาะสมต่อการดูดกลืนแสงในช่วงที่มองเห็นได้และมีการถ่ายโอนประจุที่ดีกว่าจึงทำให้มีประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาที่ดีกว่า Bi4MoO9 นอกจากนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง Bi2MoO6 ยังสามารถเร่งปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีนและในผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันตามสภาวะของปฏิกิริยา โดยการเติมไฮดราซีนส่งผลกลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นแบบทางตรงและได้อะนิลีน 94.0% เป็นผลิตภัณฑ์หลักภายในเวลา 14 ชั่วโมง เพื่อให้ได้สารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการควบแน่น ได้แก่ สารประกอบอะโซเบนซีนและอะโซซีเบนซีนได้มีการปรับสภาวะการสังเคราะห์ให้เป็นด่างเพื่อให้การกลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นไปในทางควบแน่น เป็นสารประกอบที่สังเคราะห์ได้ที่สภาวะตัวกลางเป็นด่าง ซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้สารประกอบอะโซซีเบนซีน 97.0% ภายใน 3 ชั่วโมง แต่การสังเคราะห์สารประกอบอะโซเบนซีนสามารถเกิดในสภาวะที่มีไฮดราซีนได้ 99.9% ภายในเวลา 8 ชั่วโมง โดยสรุปตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง Bi2MoO6 สามารถใช้เป็นต้นแบบในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์หลายชนิดจากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพียงชนิดเดียวเพื่อการใช้งานในด้านการผลิตเชิงอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เช่น การผลิตสีย้อม พอลิเมอร์ และยา นอกเหนือจากบิสมัธโมลิบเดตแล้ว วัสดุโมลิบดีนัมไตรออกไซด์เป็นอีกหนึ่งวัสดุในกลุ่มออกไซด์ที่มีโมลิบดีนัมเป็นฐานนอกเหนือจากบิสมัธโมลิบเดตที่สามารถอยู่ในรูปเฟสที่หลากหลาย โดยแต่ละเฟสจะมีโครงสร้างที่แตกต่างกันและส่งผลต่อประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีน ในงานวิจัยนี้โมลิบดีนัมไตรออกไซด์ที่มีโครงสร้างแบบเฮกซะโกนอล (h-MoO3) และออร์โธรอมบิก (α-MoO3) ได้มีการสังเคราะห์และทดสอบประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีนเพื่อสังเคราะห์อะนิลีนโดยมีไฮดราซีนเป็นแหล่งไฮโดรเจน พบว่าโมลิบดีนัมไตรออกไซด์ที่มีโครงสร้างแบบออร์โธรอมบิกสามารถแปลง 99% ของไนโตรเบนซีนเป็นอะนิลีนโดยมีความจำเพาะต่อผลิตภัณฑ์สูงถึง >99.9% ที่อุณหภูมิ 35 ℃ จากผลการวิเคราะห์วิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาหลังจากการเกิดปฏิกิริยาพบว่า α-MoO3 ถูกรีดิวซ์ด้วยไฮดราซีนและได้มีการแทรกของไนโตรเจนอะตอมในโครงสร้าง เกิดเป็น (NH4)0.23H0.08MoO3 ที่เป็นเฟสทำงาน ซึ่งเฟสนี้ประกอบไปด้วยโมลิบดินัมที่มีเลขออกซิเดชันต่ำ (Mo5+) ซึ่งสามารถหน้าที่เป็นจุดดูดซับของไฮดราซีนเพื่อสลายตัวให้ไฮโดรเจนต่อปฏิกิริยารีดักชันของไนโตรเบนซีนซึ่งอยู่ในรูป Hδ- อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยาโมลิบดีนัมไตรออกไซด์ไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา โดยตัวเร่งปฏิกิริยานี้สามารถคงศักยภาพได้ 4 รอบของการเกิดปฏิกิริยา ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถนำไปใช้งานในเชิงปฏิบัติได้ในปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนของไนโตรเบนซีนภายใต้อุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้องen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
610551020-WITCHAYA PHASAYAVAN.pdf9.62 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.