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Angew. Chem.:深入解读母体分子筛空间铝分布在碱处理过程中的重要性,同步实现分子筛酸性与扩散性能的精准调控


分子筛类多孔材料因其独特的孔道结构、可调变的酸性和良好的水热稳定性,在多相催化与吸附分离领域具有广泛的应用前景。然而在大分子参与的催化反应中,其单一微孔结构易导致扩散受限和堵塞失活。在分子筛中引入介孔和大孔以构筑多级孔结构,使其兼具微孔和介孔材料的优势,提升其在醇类转化、烃类裂解、烷基化等典型酸催化反应中的稳定性和活性,是目前多孔材料领域研究的热点。

碱处理通过脱硅技术,可以有效构建分子筛孔道的层次结构,提升催化剂的扩散性能。同时碱处理脱硅过程简单,易于工业放大,在制备多级孔分子筛极具应用前景。2000年,Matsukata等人首次报道了NaOH碱处理对MFI分子筛孔结构的显著影响,开启了相关领域的深入研究。分子筛经碱处理后扩散性能得到显著提升,但其活性酸位点数量却因母体样品性质不同而呈现增加、不变、降低等差异化趋势(图1),进而导致扩散性能提高带来的反应性能提升不明显,甚至变差,其本质原因和作用机制长期以来未获得统一的认识。因此,如何在碱处理过程中来精准调控分子筛的酸性,尤其是Brfnsted密度,颇具挑战性。



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图1

在此背景下,中国科学院大连化学物理研究所李秀杰、朱向学研究员团队和徐舒涛研究员合作揭示了分子筛空间铝分布在脱硅过程中的关键作用,使传统分子筛碱处理过程精准化,以满足不同酸催化反应对其酸性和孔结构的特征需求。

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图2

该研究发现,碱处理ZSM-5分子筛过程产生的“无酸性”铝位点含量差异是导致目标分子筛酸量变化趋势不同的根本原因,并通过1H-1H PDSD MAS NMR等先进二维核磁表征技术证明空间铝分布不同是导致该位点含量差异的关键(图2)。基于此,提出精准碱处理新策略,针对目标酸催化反应,进行母体分子筛的可控制备及定制化碱处理,实现反应性能的最大提升(图3)。这一发现为高效多级孔分子筛催化剂的构筑开发提供了新思路。

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图3

文信息

Unravelling the Crucial of Spatial Al Distribution to Realize Precise Alkali-Treatment for Target Acid-Catalyzed Reactions

Dr. Junjie Li, Huihui Chen, Dr. Wen Liu, Prof. Yuchun Zhi, Prof. Na Ta, Prof. Sujuan Xie, Prof. Longya Xu, Prof. Xiujie Li, Prof. Xiangxue Zhu, Prof. Shutao Xu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202416564


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