中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所鄧風(fēng)研究組在沸石分子篩催化劑活性中心協(xié)同效應(yīng)的固體核磁共振研究方面取得進(jìn)展。
為了提高多相催化劑（如沸石分子篩、氧化物等）的催化反應(yīng)性能，往往需要在催化劑上構(gòu)建多種活性中心。這些活性中心之間通常被認(rèn)為能夠協(xié)同作用，進(jìn)而提高催化劑的活性和產(chǎn)物選擇性。雖然從宏觀反應(yīng)性能的變化上可以判斷活性中心協(xié)同效應(yīng)是否存在，但是由于缺乏有效的譜學(xué)表征手段，對(duì)于協(xié)同活性中心的結(jié)構(gòu)及作用本質(zhì)目前仍缺少分子水平上的明確認(rèn)識(shí)。
金屬Zn改性ZSM-5沸石分子篩在低碳烷烴活化與轉(zhuǎn)化中表現(xiàn)出優(yōu)異的反應(yīng)性能，其活性中心的研究引起廣泛關(guān)注。然而，由于Zn是NMR的低靈敏度核，其直接觀測(cè)非常困難；再加上Zn在分子篩上的負(fù)載量很低（僅為2-5%），這進(jìn)一步增加了研究的難度。最近，研究員徐君等人與合作者利用固體NMR實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)該催化劑上的活性中心進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)協(xié)同活性中心的存在，并對(duì)活性位之間的空間臨近性、相互作用及協(xié)同活性中心的含量進(jìn)行了定量分析。
研究人員利用信號(hào)增強(qiáng)的高場(chǎng)固體67Zn NMR技術(shù)，觀測(cè)到了沸石分子篩催化劑表面上的兩種鋅物種：ZnO和Zn2+；進(jìn)一步采用1H-67Zn雙共振NMR技術(shù)發(fā)現(xiàn)其中的Zn2+物種和Bønsted質(zhì)子酸位（H+）之間存在空間相互作用，導(dǎo)致催化劑的酸性增強(qiáng)，獲得了Zn2+物種和Bønsted質(zhì)子酸位間組成協(xié)同活性中心的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。通過(guò)對(duì)雙共振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，獲得了協(xié)同活性中心的結(jié)構(gòu)信息。
研究人員還利用固體NMR技術(shù)方法對(duì)催化劑上協(xié)同活性中心的含量進(jìn)行了定量測(cè)量。通過(guò)考察催化劑對(duì)甲烷C-H鍵活化的反應(yīng)性能，揭示了Zn/ZSM-5催化劑上活性中心協(xié)同效應(yīng)與催化劑性能的關(guān)系。這些結(jié)果加深了人們對(duì)多功能催化劑上協(xié)同活性中心本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)高活性催化活性中心可控筑構(gòu)具有指導(dǎo)意義。
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