【催化】基于目标酸催化反应的母体分子筛导向定制精准碱处理策略- 大数跨境

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2024-11-19

导读：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。

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Brønsted密度，颇具挑战性。

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。

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。

图3

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章共同通讯作者是中国科学院大连化学物理研究所李秀杰、朱向学和徐舒涛研究员。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

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

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

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202416564

研究团队简介

李秀杰，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，博士生导师，中国科学院特聘研究岗位，中国科学院区域发展青年学者，大连市重点领域创新团队负责人。研究工作聚焦于关键分子筛材料绿色合成、烃类高效转化和重要化学品生产催化剂及技术研发。作为负责人和核心骨干承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院A类先导专项（子）课题、国际合作等多项科研项目，研发了具有重要工业应用背景的多类分子筛材料绿色合成和特定组合改性新方法，为多个催化和VOCs吸附过程提供关键材料支撑。作为主要完成人获中国科学院科技促进发展奖一等奖、辽宁省科技进步一等奖等奖励，获林励吾青年优秀奖，入选大连市青年科技之星。

https://www.x-mol.com/university/faculty/178541

朱向学，中国科学院大连化学物理研究所，研究员。负责和完成国家、院/省/市/企业多项科研项目，近年来围绕烃类高效转化和关键化学品绿色生产等催化过程，负责/作为主要完成人研发了DL 系列催化剂及技术，应用于多个工业过程；多项技术作为部分成果入选中国科学院“率先行动”计划第一阶段重大科技成果及标志性进展、中国科学院12・5“一三五”优秀成果等。入选国家高层次人才计划、兴辽英才计划-高水平创新团队、中国科学院王宽诚率先人才计划、中国科学院卢嘉锡青年人才奖、大连市杰出青年科技人才，获国家科技进步二等奖、中国科学院科技促进发展奖一等奖、辽宁省科技进步一等奖等奖励。

https://www.x-mol.com/university/faculty/22804

徐舒涛，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。2004年本科毕业于复旦大学化学系，2010年博士毕业于中国科学院大连化学物理研究所。目前是大连化物所低碳催化技术国家工程研究中心科研骨干，2020年获国家自然科学基金委优秀青年基金资助，2023年获中国化学会分子筛青年奖，《Magnetic Resonance Letter》、《波谱学杂志》、《Green Carbon》、《化学学报》等期刊青年编委。多年来一直从事原位固体核磁共振方法在多相催化反应体系中的应用研究，特别是将原位固体核磁共振方法应用到MTO反应机理中的应用，已在Chem、JACS、Angew.、Sci. Chin. Chem.、ACS Catal.、JPCL等国际重要期刊合计发表SCI论文100余篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/178530

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