中國科學(xué)院武漢物理與數學(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）的催化反應性能，往往需要在催化劑上構建多種活性中心。這些活性中心之間通常被認為能夠協(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(guān)反應性能的變化上可以判斷活性中心協(xié)同效應是否存在，但是由于缺乏有效的譜學(xué)表征手段，對于協(xié)同活性中心的結構及作用本質(zhì)目前仍缺少分子水平上的明確認識。
金屬Zn改性ZSM-5沸石分子篩在低碳烷烴活化與轉化中表現出優(yōu)異的反應性能，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(guān)測非常困難；再加上Zn在分子篩上的負載量很低（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)驗技術(shù)對該催化劑上的活性中心進(jìn)行了深入研究，發(fā)現協(xié)同活性中心的存在，并對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。
研究人員利用信號增強的高場(chǎng)固體67Zn NMR技術(shù)，觀(guān)測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，導致催化劑的酸性增強，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)驗證據。通過(guò)對雙共振實(shí)驗數據的擬合，獲得了協(xié)同活性中心的結構信息。
研究人員還利用固體NMR技術(shù)方法對催化劑上協(xié)同活性中心的含量進(jìn)行了定量測量。通過(guò)考察催化劑對甲烷C-H鍵活化的反應性能，揭示了Zn/ZSM-5催化劑上活性中心協(xié)同效應與催化劑性能的關(guān)系。這些結果加深了人們對多功能催化劑上協(xié)同活性中心本質(zhì)的認識，對高活性催化活性中心可控筑構具有指導意義。
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