MFI型分子篩限域環境下芳烴受阻運動機理揭示

近日，中科院大連化物所固體核磁共振及前沿應用研究組（510組）侯廣進研究員、陳魁智研究員團隊，利用固體核磁共振（ssNMR）技術，研究了客體芳烴分子運動行為，并對分子篩孔道的限域效應提出了新的理解。

分子篩獨特的微孔孔道結構賦予其限域效應，對吸附分離和擇型催化發揮重要作用。通常，分子篩限域效應隨吸附分子尺寸和分子篩孔道尺寸臨近而愈發顯著，但考慮到分子篩骨架結構、酸性位點分布和吸附分子構型之間的復雜關聯，在分子尺度上借助實驗研究分子篩限域效應較為困難。MFI型分子篩獨特的直通孔道、zigzag孔道及孔道交叉共存的環境，對以甲基取代苯為代表的芳烴分子具有獨特的限域效應，芳烴相關的反應和失活機理受到廣泛關注。

本工作中，研究人員借助2H NMR并結合DFT計算發現，體積較大的偏三甲苯在室溫下即可被MFI型分子篩吸附并占據孔道交叉處。偏三甲苯的傳輸擴散在純硅silicate-1中表現為沿直通孔道的一維擴散，在孔道交叉處表現為孔道結構關聯的三維受阻運動行為。動力學過程速率由快到慢的順序為甲基C3轉動、朝向zigzag孔口112o翻轉、朝向zigzag孔口和直通孔口間90o翻轉、延直通孔道的跨孔擴散運動。研究還發現，在H-ZSM-5中，上述平動和轉動行為受Br?nsted酸位吸附影響，進一步受阻。該工作為MFI型分子篩對芳烴分子獨特的限域效應提供了實驗證據，對理解芳烴相關的反應和失活過程提供了新的見解。

相關成果以“Untangling Framework Confinements: A Dynamical Study on Bulky Aromatic Molecules in MFI Zeolites”為題，于近日發表在ACS Catalysis上。該論文的共同第一作者是中科院大連化物所510組博士研究生紀毅和劉正茂。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、遼寧省興遼英才計劃等項目的資助。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.2c04646