SSZ-13分子筛上甲醇转化过程中甲氧基物种的生成与活性研究

本文使用固体核磁共振（NMR）技术研究了SSZ-13分子筛上甲醇制烯烃反应过程中表面甲氧基物种的生成以及反应活性.通过二维¹³C-²⁷Al HMQC NMR方法确证了甲醇在分子筛骨架Brønsted酸位上生成的甲氧基物种,以及在Lewis酸位上生成的另外一种表面甲氧基物种.¹³C NMR结合气相色谱-质谱（GC-MS）实验结果表明,这两种甲氧基物种在甲醇制烯烃反应中均具有较高的反应活性,既可以导致烃池物种的生成,也可以参与烃池反应生成碳氢化合物.     

H-SAPO-34分子筛催化醇类转化的差异性研究

本文研究了H-SAPO-34催化甲醇和丁醇转化反应及其产物分布的差异,结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用、¹³C交叉极化魔角旋转核磁共振（¹³C CP MAS NMR）技术捕获了反应过程中生成的重要反应中间物种.甲醇转化过程以乙烯、丙烯和丁烯为主要产物;而丁醇转化过程中主要产物是丁醇脱水生成的丁烯,反应初期以丙烯和丁烯作为主要产物.两种醇类转化均以低碳烯烃作为主要产物,且存留物种和¹³C CP MAS NMR分析均观察到芳烃物种,说明H-SAPO-34催化甲醇和丁醇转化存留在催化剂上的有机物种相近.虽然起始于不同的醇类反应,但H-SAPO-34上限域空间的酸催化环境都能引导甲醇和丁醇制取低碳烯烃的反应过程.     

In situ DRIFTS研究NO在Cu-ZSM-5上的表面吸附及选择性催化还原

Cu-ZSM-5分子筛催化剂选择性催化还原NO具有较好的低温活性,在613 K时NO还原成N2的转化率达70.6%。原位漫反射红外光谱(In situ DRIFTS)是研究催化剂表面吸附物种及催化机理的重要方法,应用该方法在298～773 K范围原位考察了以C₃H₆为还原剂及富O₂ 条件下,NO在Cu-ZSM-5催化剂上的表面吸附及选择性催化还原。认为NO在Cu-ZSM-5催化剂上还原为N₂的过程中,NO以一系列NO_x吸附态形式与丙稀的活化物种(C_xH_y或C_xH_iyO_z)反应,生成有机中间体,再进一步反应,最终生成N₂。有机中间体存在一个明显的从有机胺物种到腈(或—CN)再到有机氮氧物种(R—NO₂或R—ONO)的过程,催化剂表面形成有机中间物种是关键步骤,Cu的作用是促进NO_x形成,O₂ 的作用是促进C₃H₆活化,并且是有效产生有机-氮氧化物不可缺少的条件。     

固体核磁共振技术在甲醇制烯烃反应中的应用

甲醇制烯烃过程是由非石油路线生成低碳烯烃的重要途径之一.分子筛因具备独特的孔结构和可调变的酸性质,而成为甲醇制烯烃过程的核心催化剂.固体核磁共振(NMR)是鉴定物质结构、阐释催化反应机理的强有力的工具,在甲醇制烯烃的研究中被广泛应用.本文主要总结了近年来利用原位固体NMR、多维多核NMR、脉冲梯度场NMR等固体NMR技术研究甲醇制烯烃反应机理取得的重要进展.原位固体NMR可以在真实反应条件下监测催化反应中反应物、中间体和产物的动态演变过程;多维多核NMR可以在不破坏催化剂结构情况下确定反应中间体结构信息,特别是¹²⁹Xe NMR可以很灵敏探测反应中催化剂的孔道结构变化;脉冲梯度场NMR可用于测定孔道内分子的扩散系数,阐明分子筛的扩散机制.     

固体酸催化剂及分子筛晶化过程的核磁共振研究

介绍了一些常规固体核磁共振的技术的发展状况, 并综述了固体核磁共振在多孔材料中的应用情况, 其中包括沸石分子筛酸性和结构表征以及目前在分子筛合成机理研究中的应用进展. 本文的主要内容是利用固体核磁共振结合其它表征技术研究了一类介孔固体酸催化材料的酸性以及两种微孔磷铝分子筛的合成晶化过程.  利用有机聚合物为模板剂合成出两种介孔复合氧化物MoO_x/ZrO₂与WOx/ZrO₂固体酸材料. 并对其进行了物理化学性质的表征. 研究发现它们在较高的焙烧温度下仍保持有较高的比表面积及规整的孔径. 利用固体核磁共振技术及DFT计算的方法发现在介孔WO_x/ZrO₂及MoO_x/ZrO₂表面存在两种类型的Br[AKo¨D]nsted酸位, 其酸强度强于传统的HZSM-5分子筛, 与典型的固体强酸硫酸锆相当, 但弱于100％的硫酸. 借助于理论计算清楚地揭示了酸性位的具体结构和酸强度信息, 且计算结果与实验结果符合得非常好. 除了弱酸性的Zr-OH基团外, 在介孔氧化锆表面存在大量的Lewis酸位（配位不饱和的Zr⁴⁺）. 在引入Mo或W物种后, Mo-OH或W-OH与不饱和的Zr⁴⁺配位产生作为Br[AKo¨D]nsted酸位的桥式Mo-OH-Zr(或W-OH-Zr)羟基, 并且导致氧化锆表面Lewis酸位的大量减少. 利用理论计算证实了单聚或多聚体形式的桥式Mo-OH-Zr(或W-OH-Zr)羟基是强Br[AKo¨D]nsted酸性位产生的根源, 同时提出了酸性位形成的机理. 利用水热晶化法合成了AlPO₄-5和MgAPO-36两种具有重要工业潜在应用价值的分子筛材料并用固体核磁共振技术结合X射线衍射、傅里叶红外、高分辨电子显微镜等技术研究了它们的详细晶化过程. 研究发现在HF存在条件下加热120 min后具有AFI类型的骨架晶化开始. 此时³¹P NMR谱中在δ -22与 δ -29处出现两个来源于骨架P-O-Al单元的信号, ¹⁹F NMR谱中在 δ -120处出现来源于骨架F-Al_pen-O-P单元的信号, 证实了晶体骨架开始形成. 另外, 凝胶中五配位Al（F-Al_pen-O-P）的出现是分子筛晶化开始的另一个标志. 利用²⁷Al→³¹P HETCOR、 ³¹P{²⁷Al} TRAPDOR及¹H→³¹P CP/MAS等双共振实验详细研究了初始凝胶相及晶化开始时凝胶相的结构, 在120 min加热凝胶中区分出具有不同化学环境的配位P原子, 提出了详细的晶化过程机理.  对于另一种具有高活性的镁取代的MgAPO-36分子筛催化材料, XRD发现在第二阶段423 K时, 加热1.5 h后骨架晶化开始. ³¹P NMR证实此时凝胶相中形成了P-O-Al及Mg-O-P骨架单元, 此后（2 h）凝胶相中出现半晶相的棒状颗粒. 并最终晶化为不规则球状的MgAPO 36晶体（18 h后）. 利用²⁷Al→³¹P HETCOR及¹H→³¹P CP/MAS分析了中间凝胶相的微观结构并利用³¹P{²⁷Al} TRAPDOR NMR技术研究骨架晶化开始时凝胶相中P(nAl) (n=1~4)的配位结构, 得出了5种具有不同配位状态的微观化学环境, 提出了详细的晶化过程机理.     

铜丝光沸石上甲醇羰基化反应的固体核磁共振研究

利用固体核磁共振方法,研究了铜修饰丝光沸石(Cu-H-MOR)分子筛催化甲醇(CH3OH)与一氧化碳(CO)羰基化反应过程.通过研究反应过程中生成的各吸附物种与Cu2+的相互作用,分别对这些吸附物种进行了归属,确定了铜甲氧基(Cu-OCH3)和铜乙酰基(Cu-(CO)-CH3)为羰基化反应过程的中间产物,讨论了可能的反应机理.     

固体核磁共振技术在锡硅分子筛表征中的应用

生物质等绿色资源的高效转化利用是催化科学的重要发展方向.锡硅分子筛因具有优良的催化性能而得到相关研究者的普遍关注.准确构建催化剂活性中心结构/酸性与催化反应性能之间的构效关系是新型高效催化剂设计与研发的基础.固体核磁共振（NMR）是研究分子筛活性中心局域结构、酸特性与催化反应机理的重要手段.本文简述了近年来固体NMR技术在锡硅分子筛研究领域的一系列主要进展,并进行了展望.     

光催化甲醇重整机理的原位核磁共振研究

本文利用原位核磁共振技术在真实固液反应环境中对光催化甲醇重整过程进行了研究.研究发现，体系中甲醇重整的液态中间产物主要有四种：HOCH₂OH、CH₃OCH₂OH、HCOOH和HCOOCH₃.不同晶型的二氧化钛催化剂会影响这四种产物的生成趋势.随光照时间的增加，上述四种产物的含量均会增加.Pd负载对一级中间产物CH₃OCH₂OH和HOCH₂OH的产率影响较大，其产率为无Pd负载的2~3个数量级；对二级中间产物HCOOCH₃和HCOOH的产率影响较小.     

Rh基催化剂上氢甲酰化反应过程的原位高压NMR研究

制备了用于丙烯氢甲酰化反应的Rh/SBA-15 和PPh₃修饰的PPh₃-Rh/SBA-15催化剂. 应用原位变温高压核磁共振技术,对比研究了丙烯在Rh/SBA-15 和PPh₃修饰的多相催化剂PPh₃ Rh/SBA-15上的氢甲酰化反应,实现了高压条件下催化反应的原位固体核磁共振表征. ¹³C MAS NMR研究结果表明：在1.0 MPa的反应压力下,随着反应温度升高丙烯与合成气在Rh/SBA-15催化剂上可转化生成丁醛,而PPh₃配体修饰的PPh₃-Rh/SBA-15催化剂上丁醛产物的正异比显著提高.     

用固体核磁方法研究MCM-22分子筛中的Al状态

用固体NMR技术研究了新型分子筛MCM-22在不同水合状态下的²⁷Al谱和¹H谱.并用新的¹H/²⁷Al双共振方法TRAPDOR对MCM-22分子筛的各种铝状态进行了研究,得到了样品脱水后B酸位(Bronsted)、L酸位(Lewis)以及非骨架Al(OH)的四极耦合常数.     

Zr-4合金压缩形变行为的研究

密排六方结构的Zr呈现弹塑性各向异性,轧制工艺会使材料内部产生晶间应力.准确地评估Zr合金内部的晶间应力分布并明确其微观形变机制,对其服役能力和使用寿命的准确评判具有重要的科学意义和应用价值.利用中子原位衍射技术结合弹塑性自洽(EPSC)模拟分析了Zr-4合金的压缩形变行为,加载方式为沿轧板厚度方向压缩.研究中辅以非原位的背散射电子衍射测试进行织构演化分析及透射电镜(TEM)测试分析缺陷形态.EPSC模拟可以定量地给出不同形变量下的形变机制,并且计算结果可由TEM实验佐证.研究表明:当形变量较小(0.55%)时,柱面{10ˉ10}?11ˉ20?(?a?型)滑移起主导作用;随着塑性形变量的增加,锥面滑移的作用增强,且锥面{10ˉ11}?11ˉ23?(?c+a?型)滑移的作用大于柱面{10ˉ10}?11ˉ20?(?a?型)滑移,少量的锥面{10ˉ11}?11ˉ20?(?a?型)和{10ˉ12}?11ˉ20?(?a?型)滑移也存在.     

Real-time monitoring of SiO2/Si(1 1 1) interlayer etching by Brewster-angle reflectometry

A transitory etching regime after SiO₂ dissolution and before bulk Si(1 1 1) etching in neutral NH₄F solutions was monitored by in situ Brewster-angle reflectometry (BAR). An observed intermediate increase of the BAR reflectance signal is attributed to a fast dissolution of a stressed/strained interlayer beneath the SiO₂/Si(1 1 1) interface. Similar effects were observed on thin thermal oxides (18.2 nm), grown on float zone silicon, as well as on ultra-thin native oxides (1.2 nm) on Czochralsky silicon. Native oxide covered samples showed an increased surface roughness in the course of interlayer dissolution while the surface is progressively covered with compounds of fluorinated silicon. The etch rate, determined by atomic force microscopy (AFM) and compared to the etch rate of bulk silicon, is increased by a factor of four. In the limit of extended etching, the known low etch rates for silicon in 40% NH₄F are observed. Structural and chemical properties of the interfacial layer were analyzed by synchrotron radiation photoelectron spectroscopy (SRPES) which confirmed the presence of Si^3+/4+ valence states throughout the interlayer and by near open-circuit potential (N-OCP) dark current measurements. As a result, oxide etch rates in NH₄F in the pH-range 7–8 as well as the silicon interlayer depth can be assessed by in situ BAR.     

Large-scale synthesis of polyynes with commercial laser marking technology

The space-confined synthesis method has been an efficient way for the preparation of linear carbon chains. However, the large-scale preparation of linear carbon chains still faces many challenges due to the lack of methods for the large-scale synthesis of precursors, such as short carbon chains (polyynes), and regulation technology for the transport of reactants in one-dimensional space. Here, we report a facile method for the rapid preparation of polyynes in large quantities using a commercial laser marking machine. Spectroscopic characterizations show that a large number of polyynes, such as C₈H₂, C₁₀H₂, C₁₂H₂, and C₁₄H₂, can be produced by ablating the graphite plate immersed in the organic liquid using a laser marking machine. The results of in situ Raman spectroscopy investigation of C_2nH₂-filled single-walled carbon nanotubes further confirm that a variety of polyyne molecules are synthesized. Meanwhile, in situ Raman spectroscopy also shows that the local heating treatment can accelerate the filling process of C_2nH₂ into one-dimensional channels. This work provides new insights into the study of linear carbon chains and space-confined synthesis methods.     

五配位铝强化硅铝固体酸的固体核磁共振研究

Brønsted酸（B酸）是无定型硅铝（ASAs）表面最重要的催化活性位点.通常认为B酸位的形成只依赖于不饱和四配位铝（Al^IV）,且仅具有弱B酸性.通过合成五配位铝（Al^V）富集的ASAs能够大幅提升高铝硅比（Al/Si）时的B酸含量及强度,克服传统Al^IV富集的ASAs的酸性强化瓶颈.本文介绍了Al^V在ASAs酸性强化及合成单原子催化剂中的重要作用.通过采用多种二维固体核磁共振（SSNMR）及原位质子NMR技术,证明了Al^V能够大量富集在ASAs表面,着重介绍了两种基于Al^V的新B酸位的形成机制,并阐明了Al^V诱导单原子催化剂在ASAs表面形成的机理.     

Solid-state NMR studies of the adsorption and photooxidation of ethanol on mixed TiO2--SnO2 photocatalysts

In situ solid-state NMR methodologies have been used to investigate the photocatalytic oxidation of ethanol (CH₃CH₂OH) over a series of SnO₂-based photocatalysts. The adsorption of ethanol on commercially available SnO₂ powder was studied using both cross-polarization ¹³C NMR and REDOR experiments, and showed the formation of two surface ethanol species, hydrogen-bonded ethanol at surface hydroxyl groups and ethanol chemisorbed to the SnO₂ surface (Sn–OCH₂CH₃). ¹³C NMR of the adsorbed ethanol was used to characterize the surface of monolayer SnO₂–TiO₂ coupled photocatalysts supported on porous Vycor glass. In situ solid-state NMR studies showed that the photooxidation of ethanol over the monolayer photocatalysts was slower than that over a supported TiO₂ monolayer photocatalyst due to the build-up of reaction intermediates such as acetic acid on the catalyst surface. ¹¹⁹Sn NMR experiments characterized the tin species on the porous Vycor glass support.     

Validity of NMR pore-size analysis of cultural heritage ancient building materials containing magnetic impurities

NMR relaxation time distributions, obtained with laboratory and portable devices, are utilized to characterize the pore-size distributions of building materials coming from the Roman remains of the Greek-Roman Theatre of Taormina. To validate the interpretation of relaxation data in terms of pore-size distribution, comparison of results from standard and in situ NMR experiments with results of the mercury intrusion porosimetry (MIP) has been made. Although the pore-size distributions can be obtained by NMR in terms of either longitudinal (T₁) or transverse (T₂) relaxation times distributions, the shorter duration of the T₂ measurement makes it, in principle, preferable, although the determination of T₂ distributions is not necessarily an easy alternative to finding T₁ distributions. Among other things, the T₁ distribution is almost independent of the inhomogeneity of the magnetic field, while the T₂ distribution is strongly influenced by it. This paper was aimed at answering two questions: what are the validity limits to interpret NMR data in terms of pore-size distributions and whether the portable device can successfully be applied as a non-destructive and non-invasive tool for in situ NMR analysis of building materials, particularly those of Cultural Heritage interest.     

高气压直流辉光CH4/H2等离子体的气相过程诊断

对高气压(约100 Torr) 直流辉光碳氢等离子体的气相过程进行了光谱和质谱原位诊断. 在高气压下, 等离子体不同区域光发射特性存在明显差异. 正柱区存在着以C₂和CH为主的多个带状谱和分立谱线, 阳极区粒子发射谱线明显减少, 而在阴极区则出现大量复杂的光谱成分, 表明高气压情形下等离子体与阴极间强烈的相互作用将导致复杂的原子分子过程. 从低气压到高气压演变过程中, 电子激发温度降低而气体分子转动温度升高. 在高气压下, 高甲烷浓度导致C₂, C₂H₂及C₂H₄增多而C₂H₆减少. 表明在高气压条件下, 气体温度对气相过程的影响作用显著增强. 关键词： 高气压直流等离子体 光发射谱 质谱     

Hydrocarbon interaction with clean and oxidised Cu(111)

The interaction of methane, propane, ethene and propene with clean and oxidised Cu(111) has been studied in the temperature range 300–750 K and at pressures up to 0.1 Pa with ellipsometry, AES and LEED. Methane and propane showed no measurable interaction under our conditions. Propene exposure on Cu(111) at T > 475 K resulted in a slow carbon deposition of the graphitic type. Propene was able to remove all oxygen from Cu(111)/O at T 625 K. The fastest part of the reduction has a first order dependence on the propene pressure; the apparent activation energy is 44.9 ± 5.2 kJ mol⁻¹. Though ethene is less reactive than propene it is also able to reduce an oxidised copper surface at T = 725 K.     

用2D NMR研究一对差向异构体的化学结构

从刺南蛇藤中首次分离到一对差向异构体,用NMK方法(¹H NMR,¹³C NMR,DEPT,¹H-¹H COSY,¹³C-¹H COSY,NOESY,HMBC)并结合其它结构信息,确定其化学结构为;1α,6β,8α,13-四乙酰氧基-9α-苯甲酰氧基-β-二氢沉香呋喃(1)和1α,6β,8α,13-四乙酰氧基-9β-苯甲酰基-β-二氢沉香呋喃(2).其中1为新化合物,命名为Celastrine。