近年來，高效轉(zhuǎn)化合成氣制烯烴成為研究熱點，且具有重要的戰(zhàn)略意義。然而，實現(xiàn)產(chǎn)物分布的精準調(diào)控和獲得高烯烴選擇性、高丙/乙烯比（P/E）及烯/烷烴比（O/P）仍具有挑戰(zhàn)性。研究發(fā)現(xiàn)，在分子篩-金屬氧化物雙功能催化體系中，分子篩的酸性和孔結(jié)構(gòu)影響合成氣轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物分布。分子篩酸中心強度低難以轉(zhuǎn)化中間體，但過強的酸性容易發(fā)生二次反應(yīng)，導(dǎo)致烷烴的選擇性升高。具有8元環(huán)小孔的CHA、AEI等分子篩廣泛應(yīng)用于合成氣轉(zhuǎn)化，主要產(chǎn)物為C2-4=。然而，具有10元環(huán)中孔（如：MFI、MEL、MWW、AEL）和12元環(huán)大孔（如：MTW、USY、Beta）的分子篩則以汽油、柴油和芳烴為主。因此，設(shè)計具有新的拓撲結(jié)構(gòu)和活性中心的分子篩有望催化合成氣向目標產(chǎn)物定向轉(zhuǎn)化。
近日，華東師范大學(xué)的吳鵬教授，徐浩教授和四川大學(xué)的王巖博士合作，報道了一種具有-ION拓撲結(jié)構(gòu)的Al-IDM-1硅鋁分子篩納米片用于催化合成氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其與Zn2Al3Ox氧化物組成的雙功能催化劑獲得了選擇性為85%的C2-6=烯烴產(chǎn)物，且產(chǎn)物的O/P值高達14。
IDM-1沸石的結(jié)構(gòu)類似于經(jīng)典的MFI分子篩，可以描述為在MFI結(jié)構(gòu)中的pentasil之間插入了新的“idm”層，形成相交的10元環(huán)直孔和17元環(huán)超大正弦孔道。在該研究中，吳鵬教授研究團隊與馬延航教授合作采用高分辨球差STEM技術(shù)首次確認了Al-IDM-1分子篩的17元環(huán)結(jié)構(gòu)。 在不同硅鋁比的Al-IDM-1分子篩中，Si/Al比為400的高硅Al-IDM-1分子篩具有最優(yōu)異的合成氣制烯烴催化性能，其在C2-4=中丙烯和丁烯的選擇性達到88%，因此具有較高的P/E（> 4）和丁烯/乙烯（B/E > 3）比。 通過甲醇轉(zhuǎn)化和1-己烯裂解的探針反應(yīng)及原位紅外等手段，進一步分析了其反應(yīng)路徑。發(fā)現(xiàn)了具有較弱酸性的Al-IDM-1分子篩上，烯烴循環(huán)為主的反應(yīng)機理促進了丙烯和丁烯的生成。 最后，結(jié)合DFT計算和丙烯脫附實驗發(fā)現(xiàn)，Al-IDM-1分子篩中17元環(huán)上孤立內(nèi)部硅羥基有利于分子篩孔道中生成的丙烯丁烯的脫附，因此雖然其與ZSM-5結(jié)構(gòu)高度相關(guān)但是卻顯示了較高的丙烯和丁烯選擇性。該工作為設(shè)計分子篩催化劑構(gòu)筑高效的合成氣定向催化轉(zhuǎn)化體系提供了新思路。 論文信息 Promoting Syngas to Olefins with Isolated Internal Silanols-Enriched Al-IDM-1 Aluminosilicate Nanosheets Jie Tuo, Yaqi Fan, Dr. Yan Wang, Yudan Gong, Chengwei Zhai, Xianchen Gong, Teng Yang, Prof. Hao Xu, Jingang Jiang, Prof. Yejun Guan, Prof. Yanhang Ma, Prof. Peng Wu 論文的第一作者是華東師范大學(xué)的博士研究生庹杰和上?？萍即髮W(xué)的博士研究生范亞奇。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202313785
