侯广进、陈魁智团队利用固体核磁共振揭示MFI型分子筛限域环境下的芳烃受阻运...

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近日，我所固体核磁共振及前沿应用研究组（510组）侯广进研究员、陈魁智研究员团队，利用固体核磁共振（ssNMR）技术，研究了客体芳烃分子运动行为，并对分子筛孔道的限域效应提出了新的理解。
　　分子筛独特的微孔孔道结构赋予其限域效应，对吸附分离和择型催化发挥重要作用。通常，分子筛限域效应随吸附分子尺寸和分子筛孔道尺寸临近而愈发显著，但考虑到分子筛骨架结构、酸性位点分布和吸附分子构型之间的复杂关联，在分子尺度上借助实验研究分子筛限域效应较为困难。MFI型分子筛独特的直通孔道、zigzag孔道及孔道交叉共存的环境，对以甲基取代苯为代表的芳烃分子具有独特的限域效应，芳烃相关的反应和失活机理受到广泛关注。

　　本工作中，研究人员借助2H NMR并结合DFT计算发现，体积较大的偏三甲苯在室温下即可被MFI型分子筛吸附并占据孔道交叉处。偏三甲苯的传输扩散在纯硅silicate-1中表现为沿直通孔道的一维扩散，在孔道交叉处表现为孔道结构关联的三维受阻运动行为。动力学过程速率由快到慢的顺序为甲基C3转动、朝向zigzag孔口112o翻转、朝向zigzag孔口和直通孔口间90o翻转、延直通孔道的跨孔扩散运动。研究还发现，在H-ZSM-5中，上述平动和转动行为受Brønsted酸位吸附影响，进一步受阻。该工作为MFI型分子筛对芳烃分子独特的限域效应提供了实验证据，对理解芳烃相关的反应和失活过程提供了新的见解。
　　相关成果以“Untangling Framework Confinements: A Dynamical Study on Bulky Aromatic Molecules in MFI Zeolites”为题，于近日发表在ACS Catalysis上。该论文的共同第一作者是我所510组博士研究生纪毅和刘正茂。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。（文/图 纪毅）
　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.2c04646
      


          文章来源：大连化物所
       侯广进，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2001年于华中师范大学物理系理科基地获得理学学士学位；之后由华中科技大学与中国科学院武汉物理数学研究所联合培养，师从叶朝辉院士，2004年获得理学硕士学位；2007年于中国科学院武汉物理数学研究所获得理学博士学位，师从叶朝辉院士和邓风研究员；2007至2011年先后在德国马普高分子研究所和美国特拉华大学从事博士后研究工作；2011年被特拉华大学聘为二级副研究员；2012年晋升为磁共振谱学研究员。2016年入选中科院大连化学物理研究所“百人计划”，2017年入选国家“青年##计划”。现任中科院大连化学物理研究所研究员、固体核磁共振及催化化学研究组组长。侯广进博士多年来一直从事固体核磁共振波谱学的研究工作，通过高分辨固体NMR技术，对多个领域的材料体系实现了在原子和分子层次上的微观结构表征和动力学特征的探测，解决了若干与研究体系相关的科学问题。在《Proc. Natl. Acad. Sci.》、《J. Am. Chem. Soc.》、《Nature Communications》、《Acc. Chem. Res.》、《Inorg. Chem.》、《Environ. Sci. Technol.》、《Phys. Chem. Chem. Phys.》等学术期刊上发表论文近50篇；其中包括以一作或通讯作者的代表性工作发表在Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1 篇，J. Am. Chem. Soc. 7 篇等 。
        陈魁智，中国科学院大连化学物理研究所研究员, 硕士生导师。2017年于美国克拉荷马州立大学取得化学博士学位，师从Prof. Jeffrey White，以固体核磁共振为主要手段从事分子筛催化剂为主的异相催化研究, 专注于从分子尺度解析水分子与分子筛活性位的相互作用。之后在美国强磁场国家实验室 (NHMFL, US)师从Dr. Zhehong Gan, 主要从事高场、超高长，包括世界最高场的35.2T NMR在材料科学领域的应用，同时致力于分子筛活性位精细结构的解析。近年来，在《Journal of the American Chemical Society》、《ACS Catalysis》、《Journal of Catalysis》等知名期刊发表论文近20篇。