我所发现水热条件下分子筛T-O-T键动态可逆的断裂-键合过程

  近日,我所甲醇制烯烃国家工程实验室魏迎旭研究员、徐舒涛研究员、刘中民院士团队在分子筛骨架动态行为方面取得新进展,发现分子筛水热条件下T-O-T键的动态可逆的断裂-键合过程。

  分子筛作为最为重要的一类微孔材料,被广泛用于工业生产过程中。从20世纪40年代开始,研究人员模仿天然沸石的水热形成过程并成功地人工合成了分子筛。分子筛从水热环境中来,又在水热条件下应用于很多重要的工业催化反应中,比如:催化裂化(FCC)、甲醇制烯烃(MTO)、选择性催化还原脱硝(SCR-DeNOX)等。但是由于技术条件的限制,研究人员对在工业应用过程中的水热条件下分子筛骨架水热稳定性一直缺少清晰的认识。

  该团队首先利用17O标记的水(H217O)在温和的水热条件下(100~300 ℃)处理MTO工业应用的SAPO-34分子筛,发现水中17O原子可以和分子筛骨架上的氧原子发生交换,并且处理后样品结构保持完整,没有缺陷的产生。氧原子的交换表明分子筛骨架在水热条件下发生着动态可逆的T-O-T键的断裂-键合过程。考虑到SAPO-34分子筛是一种具有8元环小孔(孔径3.8埃)和CHA超笼结构的分子筛,并且其所有T原子都位于8元环上,研究人员利用水热条件实现T-O-T键的动态开合,将两种大体积的探针分子三甲基膦(TMP)和吡啶(动力学直径分别为5.5埃和5.3埃)封装到SAPO-34的CHA笼中。这一成功的“瓶中造船(Ship-in-a-bottle)”过程进一步证实了分子筛水热条件下T-O-T键发生着动态可逆的断裂-键合过程,同时这一技术也实现了重要的应用。该团队利用SAPO-34封装TMP进行酸性识别,实现了CHA分子筛表面由四种不同O位产生的酸性位的精准辨识,同时封装探针分子的SAPO-34用于催化甲醇制烯烃反应,大幅提高了初始烯烃的选择性。

  相关研究成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。上述研究工作得到国家自然科学基金重大项目、中科院前沿重点项目、中科院国际合作重点项目和辽宁省“兴辽英才计划”等项目的支持。(文/图 孙毯毯、徐舒涛)

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