Potential for C-H activation in CH4 utilizing a cumfi-type zeolite as a catalyst

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 113, Issue 17, 2009, Pages 7213-7222

  Itadani, Atsushi ^a   Sugiyama, Hiroyuki ^a   Tanaka, Masashi ^a   Ohkubo, Takahiro ^a   Yumura, Takashi ^b   Kobayashi, Hisayoshi ^b   Kuroda, Yasushige ^a  

^a OKAYAMA UNIVERSITY   (Japan)

^b KYOTO INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION BAND; ADSORBED AMOUNT; BEFORE AND AFTER; C-H ACTIVATION; C-H BOND; CLUSTER MODELS; COPPER IONS; INFRARED BANDS; ION EXCHANGE CAPACITY; IR BANDS; LOWER FREQUENCIES; OXYGEN ATOM; ROOM TEMPERATURE; SINUSOIDAL CHANNELS; SODIUM IONS; SPECIFIC INTERACTION; STRAIGHT CHANNEL; X-RAY ABSORPTION FINE STRUCTURE SPECTRUM;

ABSORPTION; ACTIVATION ANALYSIS; ADSORPTION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; HYDROGEN; ION EXCHANGERS; METAL IONS; OXYGEN; POSITIVE IONS; SILICATE MINERALS; ZEOLITES;

ION EXCHANGE;

EID: 65549167019     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp807008t     Document Type: Article

References (132)

1. Chapman, P. K.; Haynes, W. E. Acta Astronaut. 2005, 57, 372.
2. Rostrup-Nielsen, J. R. Catal. Today 2002, 71, 243.
3. Crabtree, R. H. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1993, 32, 789.
4. Crabtree, R. H. Chem. Rev. 1995, 95, 987.
5. Periana, R. A.; Bhalla, G.; Tenn, W. J., III; Young, K. J. H.; Liu, X. Y.; Mironov, O.; Jones, C. J.; Ziatdinov, V. R. J. Mol. Catal. A 2004, 220, 7.
6. Bergman, R. G. Science 1984, 223, 902.
7. Labinger, J. A.; Bercaw, J. E. Nature (London) 2002, 417, 507.
8. Labinger, J. A. J. Mol. Catal. A 2004, 220, 27.
9. Cobar, E. A.; Khaliullin, R. Z.; Bergman, R. G.; Head-Gordon, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 6963.
10. Ashcroft, A. T.; Cheetham, A. K.; Foord, J. S.; Green, M. L. H.; Grey, C. P.; Murrell, A. J.; Vernon, P. D. F. Nature (London) 1990, 344, 319.
11. Hickman, D. A.; Schmidt, L. D. Science 1993, 259, 343.
12. Weng, W. Z.; Chen, M. S.; Wan, H. L. Chem. Rec. 2002, 2, 102.
13. Rabe, S.; Nachtegaal, M.; Vogel, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1461.
14. Rostrup-Nielsen, J. R.; Sehested, J.; Nørskov, J. K. Adv. Catal. 2002, 47, 65.
15. Hu, Y. H.; Ruckenstein, E. Adv. Catal. 2004, 48, 297.
16. Bhan, A.; Iglesia, E. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 559.
17. Blaszkowski, S. R.; Nascimento, M. A. C.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 3463.
18. Sremaniak, L. S.; Whitten, J. L.; Truitt, M. J.; White, J. L. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 20762.
19. Pidko, E.; Kazansky, V. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 1939.
20. Kazansky, V. B.; Pidko, E. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 2103.
21. Barbosa, L. A. M. M.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14342.
22. Baba, T.; Sawada, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002, 4, 3919.
23. Baba, T.; Sawada, H.; Takahashi, T.; Abe, M. Appl. Catal., A 2002, 231, 55.
24. Miao, S.; Wang, Y.; Ma, D.; Zhu, Q.; Zhou, S.; Su, L.; Tan, D.; Bao, X. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17866.
25. Breck, D. W. Zeolite Molecular Sieves; John Wiley: New York, 1984.
26. Iwamoto, M.; Furukawa, H.; Mine, Y.; Uemura, F.; Mikuriya, S.; Kagawa, S. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1986, 1272.
27. Iwamoto, M.; Yahiro, H. Catal. Today 1994, 22, 5.
28. Shelef, M. Chem. Rev. 1995, 95, 209.
29. Kuroda, Y.; Konno, S.; Morimoto, K.; Yoshikawa, Y. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1993, 18.
30. Kuroda, Y.; Yoshikawa, Y.; Emura, S.; Kumashiro, R.; Nagao, M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2155.
31. Spoto, G; Bordiga, S.; Ricchiardi, G.; Scarano, D.; Zecchina, A.; Geobaldo, F. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1995, 91, 3285.
32. Recchia, S.; Dossi, C.; Psaro, R.; Fusi, A.; Ugo, R.; Moretti, G J. Phys. Chem. B 2002, 106, 13326.
33. Itadani, A.; Tanaka, M.; Mori, T.; Nagao, M.; Kobayashi, H.; Kuroda, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 12011.
34. Itadani, A.; Sugiyama, H; Tanaka, M.; Mori, T.; Nagao, M.; Kuroda, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 16701.
35. Moretti, G.; Ferraris, G.; Fierro, G.; Jacono, M. L.; Morpurgo, S.; Faticanti, M. J. Catal. 2005, 232, 476.
36. Morpurgo, S.; Moretti, G.; Bossa, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 417.
37. Serykh, A. I.; Amiridis, M. D. Microporous Mesoporous Mater. 2006, 94, 320.
38. Solans-Monfort, X.; Branchadell, V.; Sodupe, M.; Zicovich- Wilson, C. M.; Gribov, E.; Spoto, G.; Busco, C.; Ugliengo, P. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8278.
39. Kuroda, Y.; Okamoto, T.; Mori, T.; Yoshikawa, Y. Chem. Lett. 2004, 33, 1580.
40. Serykh, A. I.; Kazansky, V. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 5250.
41. Spoto, G.; Gribov, E.; Bordiga, S.; Lamberti, C.; Ricchiardi, G.; Scarano, D.; Zecchina, A. Chem. Commun. 2004, 2768.
42. Kazansky, V. B.; Pidko, E. A. Catal. Today 2005, 110, 281.
43. Georgiev, P. A.; Albinati, A.; Mojet, B.; Ollivier, M. J.; Eckert, J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8086.
44. Georgiev, P. A.; Albinati, A.; Eckert, J. Chem. Phys. Lett. 2007, 449, 182.
45. Parvulescu, V. I.; Grange, P.; Delmon, B. Catal. Today 1998, 46, 233, and references therein.
46. Yogo, K.; Ihara, M.; Terasaki, I.; Kikuchi, E. Chem. Lett. 1993, 229.
47. Kikuchi, E.; Yogo, K. Catal. Today 1994, 22, 73.
48. Li, Y.; Armor, J. N. J. Catal. 1994, 145, 1.
49. Armor, J. N. Catal. Today 1996, 31, 191.
50. Zhou, X.; Zhang, T.; Xu, Z.; Lin, L. Catal. Lett. 1996, 40, 35.
51. Berndt, H; Schütze, F.-W.; Richter, M.; Sowade, T.; Grünert, W. Appl. Catal., B 2003, 40, 51.
52. Ono, Y. Catal. Rev. 1992, 34, 179.
53. He, S. J. X.; Long, M. A.; Wilson, M. A.; Gorbaty, M. L.; Maa, P. S. Energy Fuels 1995, 9, 616.
54. Pang, L. S. K.; Wilson, M. A.; Quezada, R. A.; Prochazka, J. L.; Long, M. A.; He, S. J. X.; Gorbaty, M. L.; Maa, P. S. Fuel 1997, 76, 1091.
55. Groothaert, M. H.; Lievens, K.; van Bokhoven, J. A.; Battiston, A. A.; Weckhuysen, B. M.; Pierloot, K.; Schoonheydt, R. A. Chem PhysChem 2003, 4, 626.
56. Groothaert, M. H.; van Bokhoven, J. A.; Battiston, A. A.; Weckhuysen, B. M.; Schoonheydt, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7629.
57. Groothaert, M. H.; Smeets, P. J.; Sels, B. F.; Jacobs, P. A.; Schoonheydt, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1394.
58. Groothaert, M. H.; Lievens, K.; Leeman, H.; Weckhuysen, B. M.; Schoonheydt, R. A. J. Catal. 2003, 220, 500.
59. Smeets, P. J.; Groothaert, M. H.; Schoonheydt, R. A. Catal. Today 2005, 110, 303.
60. Smeets, P. J.; Groothaert, M. H.; van Teeffelen, R. M.; Leeman, H.; Hensen, E. J. M.; Schoonheydt, R. A. J. Catal. 2007, 245, 358.
61. Yumura, T.; Takeuchi, M.; Kobayashi, H.; Kuroda, Y. Inorg. Chem. 2009, 48, 508.
62. Kuroda, Y., in preparation.
63. Lieberman, R. L.; Rosenzweig, A. C. Natur (London) 2005, 434, 177.
64. Chan, S. I.; Chen, K. H.-C.; Yu, S. S.-F.; Chen, C.-L.; Kou, S. S.- J. Biochemistry 2004, 43, 4421.
65. Lieberman, R. L.; Shrestha, D. B.; Doan, P. E.; Hoffman, B. M.; Stemmler, T. L.; Rosenzweig, A. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100, 3820.
66. Yoshizawa, K.; Shiota, Y. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9873.
67. Yoshizawa, K. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 375.
68. Yoshizawa, K.; Shiota, Y.; Yumura, T.; Yamabe, T. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 734.
69. Liang, W.; Bell, A. T.; Head-Gordon, M.; Chakraborty, A. K. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4362.
70. Maeda, H. J. Phys. Soc. Jpn. 1987, 56, 2777.
71. Kuroda, Y.; Maeda, H.; Morimoto, T. Rev. Sci. Instrum. 1989, 60, 3083.
72. 4 adsorption on NaMFI, and the second adsorption is composed of relatively strong and weak adsorption. Hence, the difference between them is due to the strongly adsorbed species.
73. Myata, H.; Tokuda, S.; Yoshida, T. Appl. Spectrosc. 1989, 43, 522.
74. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
75. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
76. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623.
77. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
78. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, Jr., J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C; Pople, J. A. Gaussian 03, Revision B.03; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
79. Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200.
80. Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650.
81. Wachters, A. J. H. J. Chem. Phys. 1970, 52, 1033.
82. Hay, R. J. J. Chem. Phys. 1977, 66, 4377.
83. Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257.
84. Francl, M. M.; Pietro, W. J.; Hehre, W. J.; Binkley, J. S.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3654.
85. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta 1973, 28, 213.
86. Binkley, J. S.; Pople, J. A.; Hehre, W. J. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 939.
87. Gordon, M. S.; Binkley, J. S.; Pople, J. A.; Pietro, W. J.; Hehre, W. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 2797.
88. Pietro, W. J.; Francl, M. M.; Gordon, M. S.; Hehre, W. J.; Defrees, D. J.; Pople, J. A.; Binkley, J. S. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5039.
89. Dobbs, K. D.; Hehre, W. J. J. Comput. Chem. 1986, 7, 359.
90. Dobbs, K. D.; Hehre, W. J. J. Comput. Chem. 1987, 8, 861.
91. Dobbs, K. D.; Hehre, W. J. J. Comput. Chem. 1987, 8, 880.
92. Halls, M. D.; Velkovski, J.; Schlegel, H. B. Theor. Chem. Acc. 2001, 105, 413.
93. Berlier, K.; Marie-Georges Olivier, M.-G.; Jadot, R. J. Chem. Eng. Data 1995, 40, 1206.
94. Sing, K. S. W.; Everett, D. H.; Haul, R. A. W.; Moscou, L.; Pierotti, R. A.; Rouquérol, J.; Siemieniewska, T. Pure. Appl. Chem. 1985, 57, 603.
95. Adamson, A. W. Physical Chemistry of Surfaces, 3rd ed.; John Wiley and Sons: New York, 1976; p 586.
96. 4 adsorption is clearly evident.
97. Kumashiro, R.; Kuroda, Y.; Nagao, M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 89.
98. Itadani, A.; Kuroda, Y.; Nagao, M. Microporous Mesoporous Mater. 2004, 70, 119.
99. Itadani, A.; Tanaka, M.; Kuroda, Y.; Nagao, M. New J. Chem. 2007, 31, 1681.
100. Kuorda, Y.; Maeda, H.; Yoshikawa, Y.; Kumashiro, R.; Nagao, M. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1312.
101. Kuroda, Y.; Yoshikawa, Y.; Kumashiro, R.; Nagao, M. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6497.
102. Iwamoto, M; Hoshino, Y. Inorg. Chem. 1996, 35, 6918.
103. Hadjiivanov, K. I.; Vayssilov, G. N. Adv. Catal. 2002, 47, 307.
104. Kuroda, Y.; Mori, T.; Yoshikawa, Y.; Kittaka, S.; Kumashiro, R.; Nagao, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 3807.
105. Mori, T.; Itadani, A.; Tabuchi, E.; Sogo, Y.; Kumashiro, R.; Nagao, M.; Kuroda, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 1203.
106. Cohen de Lara, E.; Delaval, Y. J. Chem. Phys. 1974, 78, 2180.
107. Cohen de Lara, E.; Kahn, R.; Seloudoux, R. J. Chem. Phys. 1985, 83, 2646.
108. Yamazaki, T.; Abe, Y.; Watanuki, I.; Ding, T. Chem. Lett. 1987, 1457.
109. Yamazaki, T.; Watanuki, I.; Ozawa, S.; Ogino, Y. Langmuir 1988, 4, 433.
110. Yamazaki, T.; Watanabe, M.; Saito, H. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2000, 73, 1353.
111. Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, 5th ed.; John Wiley and Sons, Inc.: New York, 1997.
112. Zecchina, A.; Bordiga, S.; Lamberti, C.; Spoto, G.; Carnelli, L.; Areán, C. O. J. Phys. Chem. 1994, 98, 9577.
113. Lamberti, C.; Bordiga, S.; Geobaldo, F.; Zecchina, A.; Areán, C. O. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3158.
114. Khodakov, A. Y.; Kustov, L. M.; Kazansky, V. B.; Williams, C. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1993, 89, 1393.
115. Wichterlová, B.; Dědeček, J; Vondrová, A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 1065.
116. Dědeček, J.; Sobalík, Z.; TvarùŽ ková, Z.; KauckÝ, D.; Wichterlová, B. J. Phys. Chem. 1995, 99, 16327.
117. Anpo, M.; Matsuoka, M.; Shioya, Y.; Yamashita, H.; Giamello, E.; Morterra, C.; Che, M.; Patterson, H. H.; Webber, S.; Quellette, S.; Fox, M. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 5744.
118. Yamashita, H.; Matsuoka, M.; Tsuji, K.; Shioya, Y.; Anpo, M.; Che, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 397.
119. Lamberti, C.; Bordiga, S.; Salvalaggio, M.; Spoto, G.; Zecchina, A.; Geobaldo, F.; Vlaic, G.; Bellatreccia, M. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 344.
120. Nachtigall, P.; Nachtigallová, D.; Sauer, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1738.
121. Davidová, M.; Nachtigallová, D.; Bulánek, R.; Nachtigall, P. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 2332.
122. Bulánek, R.; Čičmanec, P.; Knotek, P.; Nachtigallová, D.; Nachtigall, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 2003.
123. Maitre, P.; Bauschlicher, C. W., Jr. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11912.
124. Ehlers, A. W.; de Koster, C. G.; Meier, R. J.; Lammertsma, K. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 8691.
125. Kau, L.-S.; Spira-Solomon, D. J.; Penner-Hahn, J. E.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6433.
126. Kau, L.-S.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 7103.
127. Kosugi, N.; Kondoh, H.; Tajima, H.; Kuroda, H. Chem. Phys. 1989, 135, 149.
128. Nachtigallová, D.; Nachtigall, P.; Sierka, M.; Sauer, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 2019.
129. Albright, T. A.; Burdet, J. K.; Whangbo, M.-H. Orbital Interactions in Chemistry; John Wiley and Sons, Inc.: New York, 1985.
130. Hoffmann, R.; Alder, R. W.; Wilsox, C. F., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 4992.
131. Yoshizawa, K.; Yamabe, T.; Hoffmann, R. New. J. Chem. 1997, 21, 151.
132. Rodriguez-Santiago, L.; Sierka, M.; Brandchadell, V.; Sodupe, M.; Sauer, J. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1545.