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武漢物數所在金屬負載沸石分子篩活性中心研究中取得進展

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武漢物數所在金屬負載沸石分子篩活性中心研究中取得進展

發布日期:2018-05-29 作者: 點擊:

分子篩.jpg


近日,中國科學院武漢物理與數學研究所固體核磁共振與多相催化研究組研究員鄧風和徐君團隊與浙江大學教授肖豐收課題組合作,在金屬負載沸石分子篩活性中心研究方麵取得新進展,首次利用固體核磁共振的高效1H檢測技術實現了對錫負載Beta沸石分子篩中活性錫物種的直接觀測,揭示了不同錫物種間的可逆轉化過程。相關研究結果發表在《通訊化學》(Communication Chemistry)雜誌上

 生物質是一種取之不盡、用之不竭的可再生資源,同時也是唯一一種可再生的碳資源,將其選擇性地轉化為燃料或化學品需開發高效催化劑和催化工藝,這也是化學與能源領域中麵臨的重大挑戰。錫負載Beta沸石分子篩(Sn-β)是一種重要的固體酸催化劑,在生物質轉化中表現出優異而獨特的反應活性。然而,由於Sn在分子篩中的含量很低(一般< 2%),再加上不同Sn活性物種的化學環境非常類似,造成其譜學觀測和分辨存在很大的困難。這使得人們對其活性中心的結構還沒有明確的認識,在一定程度上製約了對於這類高性能催化劑的開發。

  針對沸石分子篩上金屬活性中心,在前期研究中,該研究團隊利用所發展的1H-X(X代表金屬核)雙共振固體NMR實驗技術直接觀測了Zn、Ga負載ZSM-5分子篩上Brønsted酸性質子與Zn或Ga物種之間的相互作用,證實了協同活性中心的存在並闡明了其協同作用機製(Angew. Chem. Int. Edit.2016, 55, 15826,ACS Catal.2017, 69)。

  在該項研究工作中,研究團隊的齊國棟、王強等人發展了高轉速下的1H檢測的二維異核相關固體MAS NMR技術,通過建立羥基基團與Sn金屬核的關聯,實現了對Sn-β分子篩催化劑上SnOH活性物種的直接觀測(圖1)。發現在Sn-β分子篩上除了存在四配位的Closed Sn物種外,還存在兩種具有SnOH結構的Open Sn物種,並給出了Open和Closed Sn物種之間的存在可逆轉化的直接實驗證據(圖2)。基於1H/119Sn二維相關譜NMR實驗結果,確定了Closed和Open 兩種Sn物種的具體含量。

  該研究結果揭示了Sn-β分子篩上金屬活性中心的結構及性質,對於理解並發展高效生物質轉化催化劑具有重要意義。同時,該項工作是首次利用1H檢測固體NMR技術對沸石分子篩催化劑上低含量金屬活性中心進行表征,為類似金屬(Ti、Zr)負載沸石分子篩催化劑上活性中心的研究提供了新手段。

  研究工作得到了國家自然科學基金委、中科院以及湖北省科技廳的支持。



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關鍵詞:分子篩用途

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