C2-C2直链烯烃在HY 和H-ZSM-5分子筛上的吸附

采用ONIOM(B3LYP/6-311++G(d,p):UFF)分层计算方法, 研究了C₂-C₅直链烯烃在HY 和H-ZSM-5 分 子筛上的吸附性质. 理论计算结果表明: 烯烃与分子筛的Br?nsted 酸性位相互作用形成π配位超分子复合物; 随着碳链的增长, 烯烃的吸附能增加, 增加量近似为一个常数(HY 分子筛: 约12 kJ·mol^-1; H-ZSM-5 分子筛: 约 25 kJ·mol^-1), 与烷烃在分子筛上的吸附具有相同的规律. 双键位置对烯烃的吸附能影响很大, 2位烯烃的吸附能 要远大于1 位烯烃的吸附能. 不同类型分子筛对烯烃的吸附性能也有很大差别, 由于局域效应的影响, 小孔径 H-ZSM-5分子筛上的吸附能大于大孔径的HY分子筛,而且碳链越长,这种差别越大.从微观结构上看,吸附的烯 烃与H-ZSM-5分子筛酸性位的距离要远大于它们与HY分子筛酸性位的距离, 这是由于不同类型分子筛的微孔 结构产生的范德华作用是不同的,这种作用随着孔径的减小而增强.前线轨道分析表明, 对于小分子烯烃,大孔径 HY分子筛对其催化活性相近,而小孔径H-ZSM-5分子筛随着烯烃碳原子数的增加催化活性有减弱的趋势.     

C_2-C_5直链烯烃在HY和H-ZSM-5分子筛上的吸附

采用ONIOM(B3LYP/6-311++G(d,p):UFF)分层计算方法,研究了C2-C5直链烯烃在HY和H-ZSM-5分子筛上的吸附性质.理论计算结果表明:烯烃与分子筛的Brфnsted酸性位相互作用形成π配位超分子复合物;随着碳链的增长,烯烃的吸附能增加,增加量近似为一个常数(HY分子筛:约12kJ·mol-1;H-ZSM-5分子筛:约25kJ·mol-1),与烷烃在分子筛上的吸附具有相同的规律.双键位置对烯烃的吸附能影响很大,2位烯烃的吸附能要远大于1位烯烃的吸附能.不同类型分子筛对烯烃的吸附性能也有很大差别,由于局域效应的影响,小孔径H-ZSM-5分子筛上的吸附能大于大孔径的HY分子筛,而且碳链越长,这种差别越大.从微观结构上看,吸附的烯烃与H-ZSM-5分子筛酸性位的距离要远大于它们与HY分子筛酸性位的距离,这是由于不同类型分子筛的微孔结构产生的范德华作用是不同的,这种作用随着孔径的减小而增强.前线轨道分析表明,对于小分子烯烃,大孔径HY分子筛对其催化活性相近,而小孔径H-ZSM-5分子筛随着烯烃碳原子数的增加催化活性有减弱的趋势.     

NO_x分子在[Ag]-MAPO-5(M=Si,Ti)分子筛中的吸附

采用密度泛函理论(DFT)研究了银离子交换的硅磷酸铝([Ag]-SAPO-5)和钛磷酸铝([Ag]-TAPO-5)分子筛结构及其对NOx分子的吸附,获得吸附复合物的平衡几何结构参数和吸附能.结果表明,NOx分子以η1-N模式吸附在[Ag]-SAPO-5和[Ag]-TAPO-5分子筛中的结构更稳定,其吸附作用强度的次序为NO2NON2O.[Ag]-SAPO-5和[Ag]-TAPO-5对NO和NO2分子的活化程度要比N2O大.相比[Ag]-AlMOR,[Ag]-SAPO-5和[Ag]-TAPO-5对NOx分子的活化程度较大.还对[Ag]-SAPO-5和[Ag]-TAPO-5分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能进行了研究和分析.另外,通过自然键轨道(NBO)计算,分析了NOx分子与平衡离子Ag+之间的作用机理.     

N0x分子在[Ag]-AlMOR分子筛中的吸附

采用Dmol3程序中密度泛函理论(DFT)的广义梯度方法GGA/BLYP和DND基组研究了银离子交换的丝光沸石([AgJ-AIMOR)结构及其对NOx分子吸附性能的影响,获得吸附复合物的平衡儿何结构参数、吸附能以及红外振动频率等数据.结果表明,NO,分子与丝光沸石间的主要作用力为NOx分子中的氮(或氧)原子上的孤对电子和Ag+间的静电作用力.吸附能数据表明,NOx分子以η1-N模式吸附在[Agl-AIMOR 分子筛中的结构更稳定;在η1-N 模式中,NOx分子吸附作用强度的次序为 NO>N02>N2O.红外振动频率结果表明,吸附态NOx分子中 N-O 和N-N 键伸缩振动频率的位移趋势与 N-O 和 N-N 键变化规律基本相一致.另外,对 [Ag]-A1MOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能也进行了研究和分析.     

NOx分子在[Ag]-AlMOR分子筛中的吸附

采用Dmol3程序中密度泛函理论(DFT)的广义梯度方法GGA/BLYP和DND基组研究了银离子交换的丝光沸石([Ag]-AlMOR)结构及其对NOx分子吸附性能的影响, 获得吸附复合物的平衡几何结构参数、吸附能以及红外振动频率等数据. 结果表明, NOx分子与丝光沸石间的主要作用力为NOx分子中的氮(或氧)原子上的孤对电子和Ag+间的静电作用力. 吸附能数据表明, NOx分子以η1-N模式吸附在[Ag]-AlMOR分子筛中的结构更稳定; 在η1-N模式中, NOx分子吸附作用强度的次序为NO>NO2>N2O. 红外振动频率结果表明, 吸附态NOx分子中N—O和N—N键伸缩振动频率的位移趋势与N—O和N—N 键变化规律基本相一致. 另外, 对[Ag]-AlMOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能也进行了研究和分析.     

NOx分子在【Ag】-AlMOR分子筛中的吸附

采用Dmol3程序中密度泛函理论（DFT）的广义梯度方法GGA／BLYP和DND基组研究了银离子交换的丝光沸石（[Ag]-AlMOR）结构及其对NOx分子吸附性能的影响,获得吸附复合物的平衡几何结构参数、吸附能以及红外振动频率等数据．结果表明,NOx分子与丝光沸石间的主要作用力为NOx分子中的氮（或氧）原子上的孤对电子和Ag^＋间的静电作用力．吸附能数据表明,NOx分子以η^1-N模式吸附在[Ag]-AlMOR分子筛中的结构更稳定;在η^1-N模式中,NOx分子吸附作用强度的次序为NO〉NO2〉N2O．红外振动频率结果表明,吸附态NOx分子中N—O和N—N键伸缩振动频率的位移趋势与N-O和N—N键变化规律基本相一致．另外,对[Ag]-AlMOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能也进行了研究和分析．     

H-ZSM-5分子筛催化二甲苯异构化的反应机理

采用密度泛函理论(DFT)和ONIOM方法, 研究了H-ZSM-5分子筛上二甲苯异构化机理. 描述了中间体物种和过渡态的结构. 反应物吸附和产物脱附对二甲苯异构化的反应趋势有重要影响. 反应活化能的计算结果表明, 在H-ZSM-5分子筛延伸的孔道结构中, 异构化反应沿着生成间二甲苯的方向进行. 但是较高的脱附能使生成的间二甲苯滞留在分子筛孔道中,其进一步异构化生成对二甲苯具有动力学优势. 对二甲苯产物在分子筛孔道的酸中心上可选择性生成. 在H-ZSM-5分子筛外表面, 不受延伸孔道结构的静电限制时, 二甲苯异构化生成间二甲苯产物, 其可以很容易从活性位上脱附. 非选择性异构化降低了对二甲苯的选择性. 因此, 对H-ZSM-5分子筛外表面改性能够抑制二甲苯的非选择性异构化, 因此限制了反应在分子筛孔道中进行, 提高了对二甲苯的选择性. 二甲苯异构化相对反应速率常数的计算结果也表明, 在分子筛外表面上, 生成间二甲苯的异构化反应速率较快. 升高反应温度会降低对二甲苯的选择性.     

H-ZSM-5分子筛不同孔道处的酸位在甲醇制烯烃反应中的催化作用

甲醇制烯烃(MTO)作为一条由煤、天然气和生物质等含碳资源制备重要有机化学品的非石油路线,近年来备受关注.作为MTO催化剂,分子筛的骨架拓扑结构和酸性质对于其催化活性、反应路径和产物分布等具有重要的影响.H-ZSM-5分子筛是一种典型的MTO反应催化剂,酸位可以分布在MFI拓扑结构的直孔道、正弦孔道和交叉位点处.虽然目前已普遍认可MTO反应遵循芳烃/烯烃双循环烃池机理,分子筛的催化性能与其骨架中酸中心的位置相关,但对于H-ZSM-5分子筛不同孔道位置处的酸中心在甲醇制烯烃反应中的催化作用仍缺乏足够认识.本文采用密度泛函理论计算和分子动力学模拟方法,对H-ZSM-5分子筛不同孔道处(包括正弦孔道、直孔道和交叉腔)酸位中心上的MTO反应网络(包括芳烃循环、烯烃循环和芳构化)及甲醇原料和烯烃/芳烃产物的扩散行为进行了比较研究.结果表明,与正弦孔道和直孔道相比,芳烃循环和芳构化反应在交叉腔的酸中心上因具有较低的能垒而更易进行.相比之下,在正弦孔道和直孔道中,多甲基苯的生成受到显著限制,而烯烃循环却可以在三种酸中心(正弦孔道、直孔道和交叉腔)上以相近的能垒和相似的几率进行.芳烃循环生成乙烯和丙烯的几率相近,而烯烃循坏产物以丙烯和较高的烯烃产物为主.落位于H-ZSM-5交叉腔的酸中心能促进芳烃中间体如多甲基苯的生成,推动芳烃循环,提高乙烯选择性,而正弦孔道和直孔道中的酸中心则能增强烯烃循环,生成较多的丙烯和较高的烯烃产物.因此,H-ZSM-5分子筛对MTO的催化性能(包括活性和产物选择性等),可以通过有目的地调节酸中心在分子筛骨架中的位置分布(即铝落位)而得到有效调变和提升.本文阐明了H-ZSM-5分子筛酸中心在MTO反应中的催化作用与其骨架中的落位之间的有机联系,为高效甲醇转化分子筛催化剂的设计和性能提升提供了参考思路.     

微孔/微介孔H-ZSM-5分子筛上甲苯甲醇的烷基化性能

以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为研究对象,考察了Na OH碱处理、酒石酸处理及Na OH碱处理-酒石酸处理相结合的方法对其物化性能和催化性能的影响.处理前后分子筛的表征结果表明,酸处理和碱处理可通过调变催化剂的酸性和孔道结构影响其催化性能.酸处理对低硅铝比H-ZSM-5的酸性和催化性能影响较大,而碱处理则主要影响高硅铝比分子筛的酸性和催化性能.酸处理和碱处理相结合则能同时调变分子筛的酸性和孔道结构,进而提高其在甲苯甲醇制二甲苯反应中的催化活性.其中,碱处理的高硅铝比H-ZSM-5分子筛表现出最优异的催化活性.     

酸性分子筛催化乙烯二聚反应

应用密度泛函理论(DFT), 采用5T簇模型来模拟分子筛催化剂的酸性位, 在B3LYP/6-311+G(3df, 2p)的条件下通过理论计算研究了乙烯在酸性分子筛上的二聚反应. 对反应各驻点进行了全局优化, 经过零点能校正后, 计算得出乙烯二聚反应的活化能. 研究表明, 乙烯在分子筛上的二聚反应分三步进行: 单个乙烯分子化学吸附→第二个乙烯分子的物理吸附→两乙烯分子二聚反应. 乙烯化学吸附生成的烷氧化合物与物理吸附的乙烯分子发生二聚反应生成新的C—C键同时生成新的烷氧化合物. 计算得到的乙烯化学吸附和二聚反应的反应能垒分别为108和149 kJ·mol-1. 反应的逆过程也就是1-丁烯在酸性分子筛表面的1-丁基烷氧化合物发生β分裂反应, 计算所得相应的1-丁烯β分裂反应的能垒为217 kJ·mol-1, 远高于相应的乙烯二聚反应能垒. 此外还进一步研究了所用基组对计算结果的影响.     

Theoretical study of modes of adsorption of water dimer on H-ZSM-5 and H-Faujasite zeolites

Modes of adsorption of water dimer on H-ZSM-5 and H-Faujasite (H-FAU) zeolites have been investigated by a quantum embedded cluster approach, using the hybrid B3LYP density functional theory. The results indicate that there are two possible adsorption pathways, namely the stepwise process where only one water binds strongly to the (-O)3-Al-O(H) tetrahedral unit while the other weakly binds to the zeolite framework and the concerted process where both water molecules form a large ring of hydrogen-bonding network with the Br?nsted proton and an oxygen framework. With inclusion of the effects of the Madelung potential from the extended zeolite framework, for adsorption on H-ZSM-5 zeolite, both the neutral and ion-pair complexes exist with adsorption energies of -15.13 and -14.73 kcal/mol, respectively. For adsorption on the H-FAU, only the ion-pair complex exists with the adsorption energy of -14.63 kcal/mol. Our results indicate that adsorption properties depend not only on the acidity of the Br?nsted acidic site but also on the topology of the zeolite framework, such as on the spatial confinement effects which lead to very different adsorption structures for the ion-pair complexes in H-ZSM-5 and H-FAU, even though their adsorption energies are quite similar. Our calculated vibrational spectra for these ion-pair complexes support previous experimental IR interpretations.     

环己烯对噻吩在CuY分子筛上吸附的影响机制

A CuY zeolite prepared by liquid phase ion exchange was characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, pyridine in situ Fourier transform infrared (in situ FTIR) spectroscopy, and ammonia temperature programmed desorption. The effect of cyclohexene on the adsorption of thiophene over the prepared CuY zeolite was explored by in situ FTIR. In particular, the role of the zeolite's Br?nsted acidity was investigated in the adsorption process. The results show that the percentage of Cu⁺ on the surface of the CuY zeolite can reach 77%. The surface acidity of the CuY zeolite mainly comprises medium and strong Br?nsted acidity and Lewis acidity. According to the adsorption results, cyclohexene negatively influences thiophene adsorption on the Br?nsted or Lewis acid sites in CuY by competitive adsorption. Although polymerization of thiophene and cyclohexene can occur easily on the HY or REY zeolites, the presence of Br?nsted acids in the CuY zeolite was not sufficient to polymerize either thiophene or cyclohexene. This difference may be caused by an anti-synergistic effect between the Cu ions of the CuY zeolite and neighboring Br?nsted acid sites, the result of which inhibits the polymerization of adsorbed thiophene and cyclohexene.     

HZSM-5分子筛中邻近酸中心上的协同催化作用

总结了HZSM-5分子筛中邻近的酸中心协同催化作用的研究进展, 包括布朗斯特酸(B酸)和路易斯酸 (L酸)的协同催化、 B酸和B酸的协同催化作用. 综述了通过多种表征手段下协同催化作用机理的研究进展, 以及实验与理论计算相结合并相互验证的研究结果, 对邻近酸中心协同作用下反应分子的共同吸附、 活化与转化路径的特点进行了分析与总结, 提出了对邻近酸中心协同催化作用进行深入研究的关键科学问题和可能的解决方案.     

Sn-Al-β分子筛酸性在葡萄糖转化反应中作用的固体NMR研究

制备了一系列具有不同酸性质的β分子筛催化剂, 通过固体核磁共振(NMR)探针分子技术对其酸性质进行了表征, 并考察了其催化葡萄糖转化为乙酰丙酸甲酯的性能. 吸附三甲基磷的³¹P NMR实验结果表明, 含有骨架Sn以及Al原子的Sn-Al-β催化剂同时具有Br?nsted与Lewis酸性. 通过2-¹³C-丙酮探针分子区分出 3种酸强度的Br?nsted酸位, 其中一种酸强度接近“超强酸”, 可能是由于空间邻近的Br?nsted酸位和Lewis酸位发生协同作用产生的. 葡萄糖转化为乙酰丙酸甲酯的催化反应结果表明, 相比于分别只含有Lewis酸位和Br?nsted酸位的Sn-β和Al-β样品以及两者的物理混合样品, Sn-Al-β分子筛催化剂具有高催化活性与产物选择性, 这主要是由于Br?nsted酸位和Lewis酸位的协同作用产生了强Br?nsted酸位, 这种强Br?nsted酸位进一步导致了更高的催化活性.     

Catalytic activity of H-forms of zeolites in the isomerization of supercritical <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-pentane and their physicochemical properties

The acidic properties of the H-forms of zeolites ZSM-5, Beta, Y, and mordenite are studied by diffuse reflectance IR spectroscopy using n-pentane as a probe molecule. The decreasing order of Brønsted acid site strengths is constructed. The isopentane selectivity in n-pentane isomerization under supercritical conditions (260°C, 130 atm) increases in the order H-ZSM-5 < H-Beta < H-mordenite(11) ≈ H-Y with decreasing strength of Brønsted sites. Catalytic data are analyzed jointly with the results of physicochemical studies of H-mordenite (temperature-programmed ammonia desorption, benzene adsorption, and IR spectroscopy). Under the supercritical conditions, the conversion of n-pentane on mordenite is determined by the total acidity of the zeolite and also by the accessibility of the acid sites inside the zeolite channels to the reactant.     

不同硅铝比的SAPO-41分子筛物化性质及催化性能研究

磷酸硅铝分子筛（SAPO）因其温和的酸性分布和合适的孔道结构，在很多烃类反应中表现出了较好的催化性能。在二甲苯的异构化反应中，也有少量关于SAPO分子筛的应用报道，但相关的报道主要集中于SAPO-5、SAPO-11和SAPO-31，对于SAPO-41的二甲苯异构化性能的报道较少。     

建筑形象那些事

含铜的SSZ-39分子筛（AEI拓扑结构）在机动车尾气氨气选择性催化还原(NH3-SCR)反应中性能优异,其中SSZ-39分子筛的骨架铝分布与对应的Br?nsted酸性质对反应性能影响至关重要。本文通过密度泛函理论计算同时结合固体核磁共振谱学实验探究了高硅和富铝SSZ-39分子筛骨架Al位置以及与相应Br?nsted酸强度之间的关系。通过比较骨架Al在不同位置的替代能发现,高硅H-SSZ-39分子筛的骨架铝主要以孤立Al形式存在,同晶取代后落位在T3位上,其相应的Br?nsted酸质子与O7结合时最稳定。而富铝SSZ-39分子筛的骨架铝主要以NNNN与NNN序列的2Al形式存在,当两个骨架铝原子分别位于六元环和四元环对位的T3位上时体系能量最低,此时两个Br?nsted酸质子指向分子筛的超笼和八元环孔道。在最优构型下计算质子亲核势、NH3吸附态微观结构与脱附能以及吸附氘代乙腈后1H NMR化学位移来表征Br?nsted酸性,发现随着SSZ-39分子筛铝含量增加相应的Br?nsted酸含量增加,而Br?nsted酸强度趋于减弱。这些理论计算结果与NH3-TPD及吸附氘代乙腈的1H MAS NMR实验结果一致。本文为调控SSZ-39分子筛酸性以及合理设计高效催化剂提供了依据。     

Identification and measurements of strong Brønsted acid site in ultrastable Y (USY) zeolite

By using the IRMS-TPD method in which IR (infrared) and MS (mass spectroscopy) worked together, acid sites of USY (ultrastable Y) zeolite were studied. A new band of OH playing a role of Br?nsted acid was clearly detected on Na2H2-ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)-treated USY at 3595 cm(-1) during an elevation in temperature after the adsorption of ammonia. MS-measured TPD (temperature-programmed desorption) of NH3 and IR-measured TPD of the NH4+ cation coincided well to show that this zeolite consisted of the Br?nsted acid sites. The MS-TPD profile at higher temperatures corresponded to the IR-TPD of the 3595-cm(-1) band, and therefore, this OH was identified as a strong acid site. From comparison between IR-TPD of OH and MS-TPD, numbers of three kinds of Br?nsted OH (i.e., those in super and sodalite cages of a Y zeolite structure) and created strong Br?nsted acid site were quantified. On the other hand, strength of the Br?nsted acid site DeltaH was determined individually by a simulation method, where the corrected IR-TPD of OH was simulated based on the proposed equation. Thus, a new strong Br?nsted acid site was identified in the EDTA-treated USY, and the amount and strength was measured quantitatively.