Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Silva, Telles Cardoso
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais
UFLA
brasil
Departamento de Química
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/11235
Resumo: The need for renewal and a more efficient use of energy resources has provided an increased interest in studies of methane activation processes in the gas phase by transition metal oxides. In this respect, the present work is an effort to assess , by means of a computational standpoint, the reactivity of NbOm n+ and FeOm n+ (m = 1, 2, n = 0, 1, 2) oxides in the activation process of the methane C-H bond, which corresponds to the first rate limiting step in the process of converting methane to methanol. These oxides are chosen, primarily, because the iron oxides are the most experimentally studied, and iron ions are more abundant in biological mediums. The main motive for choosing niobium oxides is the abundance of natural reserves of this mineral in Brazil (98%), especially in Minas Gerais. Initially, a thorough investigation was conducted, using different theoretical methods, to analyze the structural and electronic properties of the investigated oxides. Based on these results, the most reliable methodology was selected to investigate the activation process of the methane C-H bond by the series of iron and niobium oxides, considering all possible reaction mechanisms known to activate the C-H bond of alkanes. It is worth noting that, up to this moment and to our knowledge, there are no papers, in literature , investigating and comparing all the mechanisms considered in this work. I n general, the main results obtained show different catalytic tendencies and behaviors throughout the series of monoxides and dioxides of iron and niobium. An important and common result found in the two studies is that the increase in the load on the metal center and the addition of oxygen atoms to the metal, clearly favor the initial thermodynamics of the reaction, i.e., favor the approach of the metal center to methane, distorting its electron cloud and, thereby, decreasing its inertia. Comparing the two sets of oxides, we conclude that the iron oxides are the most efficient in activating the methane C-H bond. Among the iron oxides investigated, FeO + showed better kinetic and thermodynamic performance in the reaction with methane, while from the niobium oxides and ions NbO 2+ and NbO2 2+, showed better catalytic efficiency in the activation of the methane C-H bond.
id UFLA_35e213fb66d3e721f029112cfb3bc04b
oai_identifier_str oai:localhost:1/11235
network_acronym_str UFLA
network_name_str Repositório Institucional da UFLA
repository_id_str
spelling Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividadeMetanoÓxido de ferroÓxido de nióbioReatividade químicaMethaneIron oxidesNiobium oxidesChemical reactivityQuímica OrgânicaThe need for renewal and a more efficient use of energy resources has provided an increased interest in studies of methane activation processes in the gas phase by transition metal oxides. In this respect, the present work is an effort to assess , by means of a computational standpoint, the reactivity of NbOm n+ and FeOm n+ (m = 1, 2, n = 0, 1, 2) oxides in the activation process of the methane C-H bond, which corresponds to the first rate limiting step in the process of converting methane to methanol. These oxides are chosen, primarily, because the iron oxides are the most experimentally studied, and iron ions are more abundant in biological mediums. The main motive for choosing niobium oxides is the abundance of natural reserves of this mineral in Brazil (98%), especially in Minas Gerais. Initially, a thorough investigation was conducted, using different theoretical methods, to analyze the structural and electronic properties of the investigated oxides. Based on these results, the most reliable methodology was selected to investigate the activation process of the methane C-H bond by the series of iron and niobium oxides, considering all possible reaction mechanisms known to activate the C-H bond of alkanes. It is worth noting that, up to this moment and to our knowledge, there are no papers, in literature , investigating and comparing all the mechanisms considered in this work. I n general, the main results obtained show different catalytic tendencies and behaviors throughout the series of monoxides and dioxides of iron and niobium. An important and common result found in the two studies is that the increase in the load on the metal center and the addition of oxygen atoms to the metal, clearly favor the initial thermodynamics of the reaction, i.e., favor the approach of the metal center to methane, distorting its electron cloud and, thereby, decreasing its inertia. Comparing the two sets of oxides, we conclude that the iron oxides are the most efficient in activating the methane C-H bond. Among the iron oxides investigated, FeO + showed better kinetic and thermodynamic performance in the reaction with methane, while from the niobium oxides and ions NbO 2+ and NbO2 2+, showed better catalytic efficiency in the activation of the methane C-H bond.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)A necessidade de renovação e uma utilização mais eficiente dos recursos energéticos têm proporcionado um aumento do interesse em estudos de processos de ativação do metano na fase gasosa por óxidos de metais de transição. Neste aspecto, o presente trabalho é um esforço no sentido de avaliar , do ponto de vista computacional, a reatividade dos óxidos de NbOm n+ e FeOm n+ (m = 1, 2; n = 0, 1, 2) no processo de ativação da ligação C-H do metano, que corresponde ao primeiro e determinante passo do processo de conversão do metano a metanol. Esses óxidos foram escolhidos, a princípio, devido ao fato de que os óxidos de ferro são os mais estudados experimentalmente e que os íons de ferro são os mais abundantes em meios biológicos. Já a motivação principal da escolha dos óxidos de nióbio é a grande abundância de reservas naturais desse mineral (98%) no Brasil, particularmente em Minas Gerais. Inicialmente, neste trabalho, uma investigação minuciosa foi realizada utilizando diferentes metodologias teóricas para analisar as propriedades estruturais e eletrônicas dos óxidos em questão. A partir desses resultados, a metodologia mais confiável foi selecionada para realizar a investigação do processo de ativação da ligação C -H do metano pela série dos óxidos de ferro e nióbio, considerando todos os possíveis mecanismos de reação conhecidos para ativar a ligação C-H de alcanos. Cabe ressaltar neste ponto que não existem na literatura, até o presente momento, trabalhos nos quais todos os mecanismos aqui considerados tenham sido investigados e comparados entre si. De modo geral, os principais resultados obtidos mostram tendências e comportamentos catalíticos diferentes ao longo das séries de monóxidos e dióxidos de ferro e nióbio. Um importante e comum resultado encontrado nas duas investigações é que o aumento da carga sobre o centro metálico e a adição de átomos de oxigênios ao metal, claramente, favorece a termodinâmica inicial da reação, ou seja, favorece a aproximação do centro metálico ao metano, que tem, dessa maneira, sua nuvem eletrônica distorcida diminuindo assim a sua inércia. Comparando as duas séries de óxidos investigados, pode-se concluir que os óxidos de ferro são os mais eficientes na ativação da ligação C-H do metano. Entre os óxidos de ferro investigados, FeO+ mostrou uma melhor performance cinética e termodinâmica na reação com o metano; enquanto dentre os óxidos de nióbio, os íons NbO 2+ e NbO2 2+ mostraram uma melhor eficiência catalítica na ativação da ligação C-H do metano.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas GeraisUFLAbrasilDepartamento de QuímicaCunha, Elaine Fontes Ferreira daCaetano, Melissa SoaresRamalho, Teodorico de CastroSilva, Telles Cardoso2016-06-08T19:53:49Z2016-06-08T19:53:49Z2016-06-062016-04-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA, T. C. Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade. 2016. 159 p. Dissertação (Mestrado Multicêntrico em Química de Minas Gerais)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2016.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/11235porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2017-05-05T18:51:50Zoai:localhost:1/11235Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2017-05-05T18:51:50Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false
dc.title.none.fl_str_mv Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
title Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
spellingShingle Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
Silva, Telles Cardoso
Metano
Óxido de ferro
Óxido de nióbio
Reatividade química
Methane
Iron oxides
Niobium oxides
Chemical reactivity
Química Orgânica
title_short Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
title_full Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
title_fullStr Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
title_full_unstemmed Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
title_sort Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade
author Silva, Telles Cardoso
author_facet Silva, Telles Cardoso
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Cunha, Elaine Fontes Ferreira da
Caetano, Melissa Soares
Ramalho, Teodorico de Castro
dc.contributor.author.fl_str_mv Silva, Telles Cardoso
dc.subject.por.fl_str_mv Metano
Óxido de ferro
Óxido de nióbio
Reatividade química
Methane
Iron oxides
Niobium oxides
Chemical reactivity
Química Orgânica
topic Metano
Óxido de ferro
Óxido de nióbio
Reatividade química
Methane
Iron oxides
Niobium oxides
Chemical reactivity
Química Orgânica
description The need for renewal and a more efficient use of energy resources has provided an increased interest in studies of methane activation processes in the gas phase by transition metal oxides. In this respect, the present work is an effort to assess , by means of a computational standpoint, the reactivity of NbOm n+ and FeOm n+ (m = 1, 2, n = 0, 1, 2) oxides in the activation process of the methane C-H bond, which corresponds to the first rate limiting step in the process of converting methane to methanol. These oxides are chosen, primarily, because the iron oxides are the most experimentally studied, and iron ions are more abundant in biological mediums. The main motive for choosing niobium oxides is the abundance of natural reserves of this mineral in Brazil (98%), especially in Minas Gerais. Initially, a thorough investigation was conducted, using different theoretical methods, to analyze the structural and electronic properties of the investigated oxides. Based on these results, the most reliable methodology was selected to investigate the activation process of the methane C-H bond by the series of iron and niobium oxides, considering all possible reaction mechanisms known to activate the C-H bond of alkanes. It is worth noting that, up to this moment and to our knowledge, there are no papers, in literature , investigating and comparing all the mechanisms considered in this work. I n general, the main results obtained show different catalytic tendencies and behaviors throughout the series of monoxides and dioxides of iron and niobium. An important and common result found in the two studies is that the increase in the load on the metal center and the addition of oxygen atoms to the metal, clearly favor the initial thermodynamics of the reaction, i.e., favor the approach of the metal center to methane, distorting its electron cloud and, thereby, decreasing its inertia. Comparing the two sets of oxides, we conclude that the iron oxides are the most efficient in activating the methane C-H bond. Among the iron oxides investigated, FeO + showed better kinetic and thermodynamic performance in the reaction with methane, while from the niobium oxides and ions NbO 2+ and NbO2 2+, showed better catalytic efficiency in the activation of the methane C-H bond.
publishDate 2016
dc.date.none.fl_str_mv 2016-06-08T19:53:49Z
2016-06-08T19:53:49Z
2016-06-06
2016-04-18
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv SILVA, T. C. Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade. 2016. 159 p. Dissertação (Mestrado Multicêntrico em Química de Minas Gerais)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2016.
http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/11235
identifier_str_mv SILVA, T. C. Ativação da ligação c-h no metano por espécies MOm n+ (M = Nb, Fe; m = 0, 1; n = 0, 1, 2): estrutura eletrônica, mecanismo de reação e reatividade. 2016. 159 p. Dissertação (Mestrado Multicêntrico em Química de Minas Gerais)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2016.
url http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/11235
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Lavras
Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais
UFLA
brasil
Departamento de Química
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Lavras
Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais
UFLA
brasil
Departamento de Química
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFLA
instname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)
instacron:UFLA
instname_str Universidade Federal de Lavras (UFLA)
instacron_str UFLA
institution UFLA
reponame_str Repositório Institucional da UFLA
collection Repositório Institucional da UFLA
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)
repository.mail.fl_str_mv nivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.br
_version_ 1784549801264676864