Angew. Chem. :三维孔道高度贯通的中微孔新型高硅分子筛ECNU-13

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沸石分子筛作为一类重要的微孔结晶型硅铝酸盐材料,在能源化工、精细化学品合成、生物质转化以及吸附分离等领域具有广泛的应用。近几十年来,得益于合成方法的发展,各种多维孔道新结构分子筛陆续被人工合成。


高硅分子筛因具有高度热(水热)稳定性和独特固体酸性,其设计合成得到了广泛的关注和研究。通常,有机结构导向剂的设计以及溶胶凝胶组分和晶化条件的精密调控都对最终形成分子筛的结构和形貌都起着决定性作用。但是,分子筛合成往往受到晶化动力学因素的限制,导致一些重要的基本结构单元难以原位精准形成,例如单四元环(s4r)或富硅双四元环(d4r)等特殊次级结构单元。然而,这些结构单元对构建晶体结构新颖、骨架稳定的高硅分子筛极其重要。


近日,华东师范大学的吴鹏教授,蒋金刚高级工程师和同济大学的韩璐教授合作,通过调控干胶组分和成核过程并结合再晶化的方法,实现了对s4r的原位晶化调控和富硅d4r的构建,成功制备了一种三维孔道高度贯通的新结构高硅纳米分子筛ECNU-13,该分子筛在丁烯裂解制低碳烯烃反应中展现出高丙烯选择性。



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高硅分子筛ECNU-13的合成经历三个步骤:i)通过s4r的精准调控制备硅锗分子筛前驱体ECNU-13P;ii)酸洗深度脱锗处理制备ECNU-13A;3)再晶化方法实现富硅d4r的构建,获得高度结晶的高硅分子筛ECNU-13(Si/Al = 23; Si/Ge = 197)。

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其次,通过选区电子衍射(SAED)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等解析手段发现,ECNU-13分子筛结构中具有一套s4r和一套d4r的复合构筑单元,区别于已经报道的具有两套d4r复合构筑单元的12元环IM-20富锗分子筛。此外,由于s4r垂直和交替排列上的差异,导致ECNU-13中形成了两种共生的晶体结构Polymorph A和Polymorph B。结构分析证明ECNU-13是由多套不等价10元环和1套8元环孔道交叉形成的新结构分子筛,该中微孔(Medium-Pore)分子筛具有骨架密度低、孔道三维贯通的特点,BET比表面积高达568 m2 g-1

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ECNU-13分子筛的高分辨透射电镜图

ECNU-13分子筛在催化丁烯裂解反应制备低碳烯烃反应中展现了高丙烯选择性(55.6 %)和高丙烯/乙烯比(> 4.7),明显优于传统10元环分子筛ZSM-5。该研究中所提出原位晶化调控s4r和富硅d4r的方法为可望后续制备其他新分子筛催化剂提供新思路。

文信息

ECNU-13: A High-Silica Zeolite with Three-Dimensional and High-Connectivity Multi-Pore Structures for Selective Alkene Cracking

Mingming Peng, Quanzheng Deng, Yuhong Zhao, Prof. Hao Xu, Prof. Yejun Guan, Dr. Jingang Jiang, Prof. Lu Han, Prof. Peng Wu

论文的第一作者是华东师范大学的硕士研究生彭明明(现为东京农工大学的博士生),共一作者是同济大学的博士研究生邓权政和华东师范大学的博士研究生赵宇宏。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202217004




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