分子筛新突破！他，手握4篇Science正刊，C9「国家杰青」，新发JACS！
学术
2024-10-11 21:54
河南
分子筛通常是在强碱性或氟化物存在的情况下合成的，由于强碱性和氟化物对二氧化硅（SiO2）的溶解度高，这对于分子筛合成来说不是原子经济的。解决这一问题的方法之一是降低SiO2在分子筛合成中的溶解度，但这是具有挑战性的。基于此，浙江大学肖丰收教授和吴勤明副研究员（共同通讯作者）等人报道了分子筛的成核和生长可以在接近中性的条件下发生，由于SiO2的溶解度很低，所以分子筛的原子经济合成几乎完全利用了SiO2。与传统的水热合成相比，该工艺既提高了分子筛收率，又减少了废物排放，甚至实现了水零排放。特别是分子筛的结构缺陷（末端硅烷醇）明显降低，使得分子筛具有较高的热稳定性和水热稳定性，具有良好的贝克曼重排性能。相关工作以《Atom-Economic Synthesis of Zeolites》为题在《Journal of the American Chemical Society》上发表论文。肖丰收，浙江大学化学工程与生物工程学院教授。1986-1990年获得理学博士学位（吉林大学、大连化物所以及日本北海道大学联合培养）。1996年入选教育部优秀青年教师；1997年获得跨世纪优秀人才资助；1998年获得国家杰出青年资助；2022年入选2021年度中国化学会会士。2020年—2024年，发表了4篇Science！当固体二氧化硅（SiO2）与四丙基氯化铵（TPACl）和尿素的水混合时，MFI分子筛相关样品的XRD谱图中出现了非常弱的峰，在结晶时间为96 h时，特征峰的强度在336 h时达到最大，表明与常规合成的MFI分子筛相比，结晶速度非常慢。样品在96 h结晶时的HRTEM图像显示，不同取向的小S-1晶体对嵌入在固体SiO2非晶相中，随着结晶时间的增加，这些非晶相变成了相同取向的大S-1晶体。结果表明，S-1分子筛可能在接近中性的条件下在非晶态固体颗粒内部成核生长。在碱性或酸性条件下合成分子筛的过程中，由于强碱或氟化物的矿化，SiO2晶种最初解聚为低聚物甚至单体，然后在有机模板的辅助下开始缩聚和自组装，意味着分子筛的成核。在近中性条件下合成分子筛的过程中，由于解聚缩聚速度非常慢，分子筛的结晶时间非常长。在体系中加入S-1分子筛晶种，在近中性条件下合成S-1分子筛（S-1-Neutral）。值得注意的是，S-1-Neutral在80 h时完全结晶，结晶度为100%，表明对比没有S-1分子筛晶种时结晶度为53%的分子筛，S-1-Neutral的结晶速率显著提高。样品的N2吸附等温线为传统的I-型吸附，BET比表面积为333 m2/g，微孔体积为0.23 cm3/g。TG-DTA曲线显示，在200-600 °C时，由于分子筛微孔中TPA+的分解，产物的重损失为13.8 wt%。结果表明，作者合成了高质量的S-1-Neutral分子筛。在近中性条件下，合成的分子筛收率超过97.0%，甚至有超过99.9%，比常规水热合成的分子筛收率至少高出10~15%，比无溶剂合成的分子筛收率高5~10%，这是分子筛合成的最高收率。结果表明，杂原子的原子效率在97.1%以上，甚至有超过99.9%。由于在近中性条件下合成分子筛的母液几乎不含SiO2物质，这些母液可以直接用于下次合成沸石产品，表明母液可以循环利用。在分子筛产品热处理方面，S-1-TPAOH和Al-ZSM-5-TPAOH分子筛的结晶度比近中性条件下合成的分子筛结晶度低5~10%。分子筛产品经水热处理后，S-1-TPAOH的结晶度仅为5.2%，而S-1-Neutral的结晶度仍保持在原来的95.9%。此外，AlZSM-5-TPAOH的结晶度为72.8%，而Al-ZSM-5-Neutral的结晶度为91.2%。结果表明，在近中性条件下合成的分子筛产品的热稳定性和水热稳定性远远优于在常规条件下合成的分子筛产品。在催化环己酮肟气相贝克曼重排反应进行3 h后，S-1-Neutral的转化率、选择性和寿命分别为98.5%、96.0%和31 h，均高于S-1-TPAOH（89.3%、91.5%和10 h）和S-1-NaOH（58.8%、81.8%和6 h）。因此，S-1-Neutral的催化性能比S-1-TPAOH和S-1-NaOH更优异。此外，对Al-ZSM-5-Neutral和Al-ZSM-5-TPAOH-Urea催化剂的正庚烷和1-己烯催化裂化评估，得出了非常相似的活性和选择性，表明Al物种在Al-ZSM-5-Neutral和Al-ZSM-5-Neutral中的作用非常相似。Atom-Economic Synthesis of Zeolites. J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c11264.🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
微算云平台
做计算 找华算！电话：13129551561
