Ti-MWW分子筛吸附H2O和NH3的结构和振动光谱的密度泛函理论计算

Ti-MWW分子筛具有10元环(10MR)孔道体系和12MR超笼以及外表面杯状空穴,在以H2O2水溶液为氧化剂的催化氧化反应中表现出不同于其他钛硅分子筛的特殊溶剂效应和立体选择性.已有的实验和密度泛函理论(DFT)计算研究表明,骨架Ti(IV)可能分布在10MR孔道和12MR超笼中.最近,我们采用DFT计算研究了Ti-MWW分子筛中骨架钛落位,通过比较Ti/Si替代能和红外振动光谱,提出Ti(IV)最可能落位在T1和T3位,并以[Ti(OSi)4]形态存在,显示960 cm–1钛特征振动峰.[Ti(OSi)4]物种水解时Ti–O键发生选择性断裂,生成具有翻转Ti–OH的[Ti(OSi)3OH]物种.由于Ti中心具有Lewis酸性,与配体分子络合后使Ti(IV)的配位状态改变. Ti-MWW分子筛中不同的骨架Ti(IV)落位和形态可能呈现不同的催化选择性.本文应用DFT研究了Ti-MWW分子筛中T1和T3位上不同钛物种与H2O和NH3的吸附作用,考察了其几何结构、吸附能以及红外振动光谱性质,为深入理解骨架Ti(IV)的微观结构及实验红外光谱表征提供参考数据.计算采用36T簇模型,从MWW分子筛晶体结构中分别以T1和T3为中心截取七层骨架原子,末端设为Si–H键并固定为1.46?.结构优化时松弛内部四层骨架原子并固定最外三层骨架原子.所有计算在B3LYP/6-31G(d,p)理论水平完成,计算的吸附能都经过BSSE校正,计算的频率以约化因子0.961校正.所有计算在Gaussian 09软件包完成.计算结果表明,四配位的[Ti(OSi)4]和[Ti(OSi)3OH]物种都能与H2O或NH3分子作用生成三角双锥的五配位络合物. H2O或NH3分子有选择性地进攻Ti–O键的Ti端,形成近乎直线的L–Ti–O键, L–Ti距离可达2.2–2.4?. T1位钛物种的Lewis酸性比T3位的略高.对于[Ti(OSi)3OH]物种, Ti–OH的存在使得Ti(IV)的酸性大大增强,表现出很强的吸附作用.此外,[Ti(OSi)3OH]物种也能通过Ti–OH基团与H2O和NH3形成氢键络合物,但是其吸附能比形成配位络合物的能量更小,说明配体分子更趋向于吸附在Ti中心形成配位络合物.自然键轨道分析表明, Ti(IV)中心的Lewis酸性归因于Ti的空4p轨道接受配体提供的孤对电子,并且属于LUMO+3.所有吸附络合物的特征振动频率分布在两个区域,即钛特征振动区域和羟基振动区域. T1和T3位的[Ti(OSi)4]物种的钛特征振动频率都在960 cm–1,与H2O形成五配位的吸附络合物之后,钛特征振动频率位移到970 cm–1.[Ti(OSi)3OH]物种的钛特征振动频率分别为990 cm–1(T1位)和970 cm–1(T3位),吸附H2O分子后都位移到980 cm–1.相应的NH3吸附络合物的钛特征振动峰频率都高出5 cm–1.分析表明,钛特征振动模式归属于Ti–O–Si键的不对称伸缩振动的协同振动.在羟基伸缩振动区域,气相H2O、末端Si–OH基团以及Ti–OH基团的羟基伸缩振动在3600–3760 cm–1.吸附H2O后,羟基伸缩振动移到3460–3150 cm–1区域.[Ti(OSi)3OH]物种与NH3和H2O形成氢键络合物后,钛羟基的伸缩振动频率分别红移500和1100 cm–1,出现在2700和3200 cm–1区域.吸附分子的O–H和N–H的伸缩振动频率略微蓝移,这反映了Ti物种具有Lewis酸性.     

Ti-MWW分子筛吸附H_2O和NH_3的结构和振动光谱的密度泛函理论计算（英文）

Ti-MWW分子筛具有10元环(10MR)孔道体系和12MR超笼以及外表面杯状空穴,在以H2O2水溶液为氧化剂的催化氧化反应中表现出不同于其他钛硅分子筛的特殊溶剂效应和立体选择性.已有的实验和密度泛函理论(DFT)计算研究表明,骨架Ti(IV)可能分布在10MR孔道和12MR超笼中.最近,我们采用DFT计算研究了Ti-MWW分子筛中骨架钛落位,通过比较Ti/Si替代能和红外振动光谱,提出Ti(IV)最可能落位在T1和T3位,并以[Ti(OSi)4]形态存在,显示960 cm–1钛特征振动峰.[Ti(OSi)4]物种水解时Ti–O键发生选择性断裂,生成具有翻转Ti–OH的[Ti(OSi)3OH]物种.由于Ti中心具有Lewis酸性,与配体分子络合后使Ti(IV)的配位状态改变.Ti-MWW分子筛中不同的骨架Ti(IV)落位和形态可能呈现不同的催化选择性.本文应用DFT研究了Ti-MWW分子筛中T1和T3位上不同钛物种与H2O和NH3的吸附作用,考察了其几何结构、吸附能以及红外振动光谱性质,为深入理解骨架Ti(IV)的微观结构及实验红外光谱表征提供参考数据.计算采用36T簇模型,从MWW分子筛晶体结构中分别以T1和T3为中心截取七层骨架原子,末端设为Si–H键并固定为1.46?.结构优化时松弛内部四层骨架原子并固定最外三层骨架原子.所有计算在B3LYP/6-31G(d,p)理论水平完成,计算的吸附能都经过BSSE校正,计算的频率以约化因子0.961校正.所有计算在Gaussian 09软件包完成.计算结果表明,四配位的[Ti(OSi)4]和[Ti(OSi)3OH]物种都能与H2O或NH3分子作用生成三角双锥的五配位络合物.H2O或NH3分子有选择性地进攻Ti–O键的Ti端,形成近乎直线的L–Ti–O键,L–Ti距离可达2.2–2.4?.T1位钛物种的Lewis酸性比T3位的略高.对于[Ti(OSi)3OH]物种,Ti–OH的存在使得Ti(IV)的酸性大大增强,表现出很强的吸附作用.此外,[Ti(OSi)3OH]物种也能通过Ti–OH基团与H2O和NH3形成氢键络合物,但是其吸附能比形成配位络合物的能量更小,说明配体分子更趋向于吸附在Ti中心形成配位络合物.自然键轨道分析表明,Ti(IV)中心的Lewis酸性归因于Ti的空4p轨道接受配体提供的孤对电子,并且属于LUMO+3.所有吸附络合物的特征振动频率分布在两个区域,即钛特征振动区域和羟基振动区域.T1和T3位的[Ti(OSi)4]物种的钛特征振动频率都在960 cm–1,与H2O形成五配位的吸附络合物之后,钛特征振动频率位移到970 cm–1.[Ti(OSi)3OH]物种的钛特征振动频率分别为990 cm–1(T1位)和970 cm–1(T3位),吸附H2O分子后都位移到980 cm–1.相应的NH3吸附络合物的钛特征振动峰频率都高出5 cm–1.分析表明,钛特征振动模式归属于Ti–O–Si键的不对称伸缩振动的协同振动.在羟基伸缩振动区域,气相H2O、末端Si–OH基团以及Ti–OH基团的羟基伸缩振动在3600–3760 cm–1.吸附H2O后,羟基伸缩振动移到3460–3150 cm–1区域.[Ti(OSi)3OH]物种与NH3和H2O形成氢键络合物后,钛羟基的伸缩振动频率分别红移500和1100 cm–1,出现在2700和3200 cm–1区域.吸附分子的O–H和N–H的伸缩振动频率略微蓝移,这反映了Ti物种具有Lewis酸性.     

天然丝光沸石多步脱铝-钛化制备钛硅分子筛

以优选的天然丝光沸石为原料, 采用多步脱铝-钛化法合成钛硅分子筛, 利用 X 射线粉末衍射、紫外-可见光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱、N2 吸附-脱附法以及氨程序升温脱附等手段对其进行了表征, 并考察了它在苯乙烯氧化反应中的催化性能. 结果表明, 该方法可成功地将 Ti 同晶取代到天然丝光沸石的骨架中, 其 Si/Ti 达到 79, 且能稳定地保持天然丝光沸石的结构. 该钛硅分子筛在以 H2O2 水溶液为氧化剂的苯乙烯氧化反应中表现有良好的催化活性, 是商业 TS-1 催化剂的 75%, 具有一定的应用前景.     

Ti-ZSM-11的红外光谱研究

随着杂原子分子筛研究领域的开拓与发展，近年来，对钛硅沸石的研究逐渐增多．Ti－ZSM－11（TS－2）型分子筛是由Reddy，Ratanasarny等[1]首先合成的．钛硅沸石的表征与其它杂原子分子筛相比较为复杂，对杂原子Ti是否进入了骨架还没有一个直接的证据，且争议较多．在红外光谱的研究中，对960cm－1－980cm－1区间的特征吸收的归属也存在着很大的分歧[2－4]．钛硅沸石在H2O2对有机化合物的选择氧化领域有极其优良的催化性能[1]，因此，对它的开发有广泛的应用前景．本文以动态和静态相结合的水热晶化法合成了Ti－ZSM－11型分子筛．IR光…     

杂原子分子筛 Ⅷ.Ti-Si Pentasil型分子筛的结构研究

本文研究了Ti-Si Pentasil型分子筛的结构。红外光谱和拉曼光谱表明,Ti-Si分子筛骨架中存在Ti—O—Si键的振动;顺磁共振谱证实Ti~(4 )处在畸变四面体环境中;X射线光电子能谱进一步验证了该分子筛骨架中钛以钛氧四面体(TiO_4)~(4-)的形式存在;电子探针对分子筛晶体的微区分析结果表明,Ti原子位于分子筛骨架上;X射线衍射测定了Ti-Si Pentasil型分子筛的晶胞参数,将钛含量作为被测函数,与全硅分子筛相比,Ti-Si分子筛的单位晶胞体积是直线上升的,这与分子筛骨架中Ti对Si的取代相一致。     

无机SiO2-TiO2前驱体体系合成高性能TS-1分子筛

 在热处理条件下,使Ti(SO4)2在多孔硅胶表面自发分散形成具有类似于钛硅分子筛催化活性中心结构单元的Si-O-Ti键的SiO2 -TiO2前驱体,将该前驱体在模板剂四丙基氢氧化铵的作用下水热晶化得到了钛硅分子筛TS-1. X射线衍射、红外光谱和扫描电镜表征表明, TS-1分子筛晶化完全,钛原子已进入TS-1分子筛骨架. 苯酚羟基化反应测试结果表明,前驱体的热处理温度对合成的TS-1分子筛的催化性能影响很大,处理温度以450 ℃为宜.     

用无机钛源合成Ti-MCM-41的研究

采用无机络合剂稳定钛酰离子的方法,用多种无机钛源合成出了中孔Ti-MCM-41型分子筛,采用XRD,低温N2吸附和FT-IR等方法对合成的含钛分子筛进行了物性的表征。以苯乙烯的H2O2氧化作为模型反应,考察了合成的Ti-MCM-41分子筛的催化性能。结果表明,钛原子已进入分子筛骨架,用Ti(SO4)2和TiCl4为钛源合成的Ti-MCM-41分子筛在960cm^-1处存在较强的红外吸收,并对苯乙烯的H2O2氧化表现出较高的催化活性。     

钛硅分子筛TS-1合成晶化气氛的影响

考察了不同晶化气氛(N2、H2、A ir、O2)对合成钛硅分子筛TS-1的影响,用XRD、IR和N2吸附/脱附对所合成的钛硅分子筛进行结构表征,发现在H2气氛下合成的TS-1结晶度最高,锐钛矿的含量最少;O2气氛下合成的TS-1中锐钛矿含量最高.以氯丙烯氧化为模型反应,考察了不同晶化气氛下合成的钛硅分子筛的催化活性和双氧水的利用效率.结果表明,在H2气氛下所合成的钛硅分子筛的双氧水的利用效率最高.     

四配位Ti掺杂有机杂化介孔分子筛的直接合成与表征

以三嵌段共聚物P123为模板剂,NaCl为助剂,1,2-二(三乙氧基甲硅烷基)乙烷为硅源,在水热合成过程中引入钛源,原位一步合成了四配位Ti掺杂在骨架内的SBA-15型有机杂化介孔分子筛(Ti-PMO).利用小角X射线衍射、透射电子显微镜以及低温N2物理吸附等手段表征了Ti-PMO的晶体结构和织构性能,并利用紫外-可见漫反射光谱考察了钛源种类、钛源预水解时间、溶液酸性以及Si/Ti摩尔比对Ti存在形态的影响.研究结果表明,通过精确调控Ti-PMO的合成条件,可使钛源水解产生的低聚中间体与硅源水解产生的低聚中间体充分接触并发生共缩聚,引入的Ti原子能够最终随着水解的氧化硅物种自组装生成有序介孔结构的SBA-15型分子筛,并以四配位形式均匀分布于PMO骨架中.以Cl2TiCp2为钛源,盐酸浓度为0.18mol/L时,钛源预水解6h后加入硅源,在Si/Ti摩尔比大于20时可以得到骨架内四配位Ti掺杂的高度有序介孔结构有机杂化分子筛,其具有良好的热稳定性及水热稳定性.     

高硅ZSM-5分子筛和二次合成Ti-ZSM-5分子筛的结构

运用度角旋转（MAS）和交叉极化（CP）等核磁共振波谱和红外光谱技术，分别对采用不同模板剂制备的高硅ZSM－5分子筛和以此为母体，经气固同晶取代法得到Ti－ZSM－5分子筛的结构特性进行了研究．结果表明：在水热法合成高硅ZSM-5分子筛过程中，模板剂明显制约着所制得的分子筛的结构特性．通过选用合适的模板剂，可直接获得具有正交晶系结构的高硅ZSM－5分子筛．在随后的气固相同晶取代过程中，钛原子通过占据分子筛骨架中的缺陷位进入骨架，形成具有一定Ti／Si比例的钛硅分子筛（Ti－ZSM－5）。骨架结构中缺陷位的含量直接影响分子筛的载钛量。     

Characterization of the local structures of Ti-MCM-41 and their photocatalytic reactivity for the decomposition of NO into N2 and O2

Ti-MCM-41 mesoporous molecular sieves were prepared at ambient temperature and were characterized by X-ray absorption near-edge structure and extended X-ray absorption fine structure, UV-vis, Fourier transform infrared spectroscopy, and photoluminescence spectroscopic analyses. It was found that an increase in the Ti content caused the structure of the Ti-oxides in Ti-MCM-41 to change from an isolated tetrahedral coordination to adjacent Ti-oxide species with Ti4+ of tetrahedral coordination. The photocatalytic reactivity of these catalysts for the decomposition of NO into N2 and O2 was found to strongly depend on the local structure of the Ti-oxide species including their coordination and distribution, i.e., the charge transfer excited state of the highly dispersed isolated tetrahedrally coordinated Ti-oxides act as the active sites for the photocatalytic decomposition of NO into N2 and O2.     

Ti-HMS介孔分子筛的制备及其在一氧化氮催化分解反应中的活性

 在常温下制备了具有不同钛含量的大比表面积和孔体积的介孔分子筛HMS．XRD谱表明,这些Ti－HMS样品呈现出很好的六方晶形．经焙烧后,Ti－HMS样品的UV吸收光谱和XAFS谱结果表明,在Ti－HMS（1）和Ti－HMS（2）骨架中的钛离子以四配位存在,而在Ti－HMS（10）中至少有部分钛是以六配位存在．在NO存在的情况下,在273K下光催化剂Ti－HMS受紫外光照射后,导致NO分解生成N2,O2和N2O．实验结果表明,具有高分散四配位钛的Ti－HMS（1）使NO以高效率、高选择性分解生成N2和O2;随着钛含量的增加,其光催化活性反而降低．     

新型液固相同晶取代法制备Ti-β沸石

采用以Ti(SO4)2液固相同晶取代H-β沸石的后合成新路线制备Ti-β沸石,并对制得的样品进行了XRD,IR,Raman,UV-Vis,XPS和正己烷吸附等表征以及催化活性的测定.发现经过质量分数为30%的Ti(SO4)2水溶液适当改性后得到的Ti-β沸石具有良好的催化性能.Raman和UV-Vis光谱及正己烷吸附的结果表明,后合成路线制得的Ti-β样品仅存在很少量的骨架外的Ti物种.UV-Vis光谱在220nm处的强吸收峰和骨架在960cm-1处的红外吸收峰均证明在沸石骨架中存在四配位Ti原子.通过液固相同晶取代法得到的Ti-β沸石对环己烯与30%H2O2的环氧化反应具有很高的催化活性,由于样品中仍存在酸性位,因此其反应产物主要是环己烯环氧化后的醇解及水解产物.     

Photocatalytic oxidation of propylene with molecular oxygen over highly dispersed titanium, vanadium, and chromium oxides on silica

Photocatalytic oxidation of propylene with molecular oxygen at room temperature was investigated over various silica-supported metal oxides with low loading. The photocatalytic active site is assumed to be the isolated tetrahedrally coordinated metal oxides in the ligand-to-metal charge-transferred state, such as (Mdelta- -OLdelta+). Photocatalytic epoxidation of propylene into propylene oxide was promoted over silica-supported V and Ti oxides at steady state. Over silica-supported Cr oxide, the propylene oxide formation rate was remarkably decreased with the time course in the reaction. The oxidation state and the coordination environment of the supported Ti, V, and Cr oxide species were determined by diffuse reflectance UV-vis spectroscopy (DRS) and electron spin resonance (ESR). During the photocatalytic oxidation, the oxidation state of the Ti4+ species was not varied. On the other hand, the V5+ species was partially reduced to V4+ and the Cr6+ species was successively reduced to Cr5+ and Cr3+. An isotopic tracer study of the C3H6-18O2 reaction suggests the difference of the active oxygen species between TiO2/SiO2 and V2O5/SiO2. The active oxygen species on TiO2/SiO2 is derived from molecular oxygen. On the other hand, the photogenerated products on V2O5/SiO2 incorporate the lattice oxygen of the surface metal oxide species. It is suggested that the kinds of terminal ligand (hydroxyl or oxo) of the tetrahedrally coordinated metal oxides on silica decide the active oxygen species in the photocatalytic oxidation. A photoinduced hole center on the monohydroxyl (SiO)3Ti-OH species activates molecular oxygen that reacts with propylene. In the case of the monooxo (SiO)3V=O and dioxo (SiO)2Cr=O2 species, the photoactivated lattice oxygen (OL-) directly reacts with propylene.     

新戊基钛在MCM-41表面的接枝反应及产物性质

采用原位红外光谱法在真空系统中考察了MCM-41分子筛表面与四新戊基钛Ti(CH2CMe3)4的反应,发现这个反应可在室温下定量进行,得到表面新戊基钛(≡Si－O)2Ti(CH2CMe3)2. 这种表面新戊基钛很容易与CH3OH、H2O和O2进一步发生反应分别得到(≡Si－O)2Ti(OCH3)2、(≡Si－O)2Ti(OH)2和(≡Si－O)2Ti(OCH2CMe3)2等表面化合物.在氧气中焙烧由(≡Si－O)2Ti(CH2CMe3)2水解所得的(≡Si－O)2Ti(OH)2可制得表面含钛MCM-41介孔分子筛（Ti-MCM-41）.元素分析、低温N2吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱、X射线粉末衍射和FTIR等表征结果表明,接枝反应和后续的处理不破坏分子筛的介孔结构; Ti-MCM-41的比表面积和孔直径较MCM-41略有降低; Ti原子在Ti-MCM-41表面以TiO4四面体配位状态分散,并对乙烯氧化有较明显的光催化活性.论文还通过对Ti-MCM-41与水热合成骨架含钛[Ti]-MCM-41结构和光催化活性的比较,对分子筛类材料光催化作用机制进行了分析探讨.     

钛硅沸石中的一种非活性钛物种

Synthesis of the titanium silicalite TS-1 was first reported by Taramasso et al[1]in 1983. TS-1 has received considerable interest during the last decade because of its unique catalytic properties in oxidation reactions involving H2O2 as the oxidant. It is accepted that the extraframework Ti species in TS-1 favor the decomposition of H2O2and should be avoided. But in the present study, it was observed that there was a kind of Ti species inactive in both the oxidation reaction and the decomposition of H2O2.     

一些含钒杂多化合物的合成、表征及其在环己烷催化氧化反应中性能的比较

合成了一系列钒取代在不同位置的杂多化合物, 考察了它们在环己烷催化氧化反应中的活性及其过氧化氢的分解情况, 发现钒的配位环境是影响反应活性的重要因素. 其中以H₄PMo₁₁VO₄₀为代表的钒在配位原子位置上的磷钼钒酸, 不但显示了很好的催化环己烷氧化反应的活性, 而且H₂O₂的分解反应同时也得到了较好的抑制.     

液固相同晶取代法制备Sn-NaY催化环己酮Baeyer-Villiger氧化

以微孔分子筛NaY为载体,SnCl_4·5H_2O为锡源,通过液固相同晶取代法制备催化材料Sn-NaY,研究了脱铝预处理和焙烧两个因素对制备Sn-NaY的影响.采用FT-IR、UV-Vis、XRD、N_2物理吸附、ICP、NH_3-TPD、吡啶红外、激光拉曼等手段对催化材料进行了表征.结果表明:对载体进行脱铝预处理有利于分子筛在催化剂制备过程中保持良好的骨架结构,焙烧有利于进入分子筛骨架中的Sn(Ⅳ)与硅羟基成键,从而形成有催化活性的四配位的Sn(Ⅳ),而空气氛围下焙烧容易产生骨架外SnO_2物种.Sn-NaY催化环己酮Baeyer-Villiger氧化结果表明,在环己酮0.03 mol,n(H_2O_2)∶n(酮)=1.5∶1,0.35 g催化剂,15 mL乙腈,70℃反应24 h的工艺条件下,N_2氛围焙烧的同晶取代脱铝催化剂性能最好,环己酮的转化率可达44%,己内酯的选择性为62%.     

Novel zirconium-titanium phosphates mesoporous materials for hydrogen production by photoinduced water splitting

Syntheses of mesoporous zirconium-titanium phosphates (ZTP) are described under a wide range of synthetic parameters. The ZTP materials showed ordered mesophases whose pore walls are either amorphous or show a lack of correspondence between the structures of adjacent pores. However, the materials showed the reasonable thermal and hydrothermal stability, high specific surface areas, narrow pore size distribution, and considerable pore volumes in the mesophases range. UV-visible and XANES results confirmed the presence of tetrahedrally coordinated zirconium and titanium in the mesoporous framework. 31P NMR measurements provide the details on the coordination structure of Ti, Zr, O, and P connectivities in the mesoporous frameworks. Finally, the ZTP materials demonstrated the considerable activity in photocatalytic decomposition of water for hydrogen generation.     

NH3 and O2 interaction with tetrahedral Ti3+ ions isomorphously substituted in the framework of TiAlPO-5. A combined pulse EPR, pulse ENDOR, UV-Vis and FT-IR study

Continuous Wave (CW), pulse Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and pulse Electron Nuclear Double Resonance (ENDOR) spectroscopies, in conjunction with UV-Vis and Infrared (IR) spectroscopies, are used to investigate the chemical reactivity of tetrahedrally coordinated Ti(3+) ions isomorphously substituted in the framework of AlPO-5 towards NH(3) and O(2). The coordination of ammonia to Ti(3+) centres is followed in detail by complementary vibrational and electron magnetic resonance techniques. In particular HYSCORE spectra allow identifying the coordination of two ammonia molecules to Ti(3+) centres resolving the full hyperfine and quadrupole (14)N coupling tensors. The reactivity of the reduced TiAlPO sample towards molecular oxygen is detailed by means of CW-EPR and pulse ENDOR spectroscopy. (17)O(2) is employed, allowing to establish the formation of a "side-on" η(2) O(2)(-)-Ti(4+) electrostatic complex. Pulse ENDOR spectra provide detailed information on the local environment of the formed superoxide radical anion which acts as a paramagnetic probe, providing evidence for Ti-O-Ti oligomeric species.