众力资讯网

构建介孔催化知识框架:定义、应用与先进合成策略

说明:本文华算科技系统梳理了介孔材料的定义、应用及合成策略,读者可一站式掌握从介孔结构优势到酸/碱/氧化催化实例,再到纳

,读者可一站式掌握从介孔碱氧化催化根据国际纯粹与应用化学联合会的分类,2-50nm,这一尺寸范围是其区别于微孔材料(孔径)和大孔材料(孔径>50nm)的核心特征。

1.10.1002/tcr.201700025

MOFs介孔材料制备的核心思路都是在保持介孔结构特性的同时,赋予材料与相当的性能。/图微孔介孔晶体材料的合成方法概述。如图概述了用于制备微介孔晶体材料的策略。这些策略可分为两类:(包括基于预先形成的介孔材料结晶(沸石化)的方法,或使用双模板剂的直接合成方法)和(以预先形成的沸石晶体为起始原料,通过物理或化学脱金属方法引入介孔)。以下主要介绍构建型策略。

构建型策略

预先形成的介孔材料的后合成结晶、在表面活性剂存在下组装预先形成的沸石前驱体双模板法如图,研究人员探索了三种不同的SBA-15无定形孔壁结晶方法。实验分别以刚合成的SBA-15(孔内仍含有P123表面活性剂)、表面活性剂碳化后的SBA-15,以及含有呋喃甲醇原位聚合碳化形成碳结构的SBA-15为原料。硅沸石-1会逐步形成,同时介孔相会随之坍塌。图硅沸石-1/SBA-15复合材料的三种潜在合成路线示意图。在双模板方法中,微孔相是通过使用适当模板的混合物获得的,即用于沸石结晶的经典(微模板)和能够产生介孔结构的试剂(介孔模板)。

软细观模板硬细观模板基于软模板的合成方法:根据反应混合物是否同时含有微观模板和介观模板,或者沸石纳米颗粒是单独形成的,然后在介观模板存在下组织,合成被定义为一锅或两锅如图,研究人员分别以微观和细观模板的形式对含有TPABr和CTMABr的凝胶进行两步结晶(第一次在100°C下结晶2天,然后在125°C下进行第二步结晶1-12天)。第一步中形成的MCM-4的无定形壁在高温处理过程中发生再结晶,这要归功于凝胶中TPA离子的存在。

图重结晶过程中结构转变的示意图。(A)六方介孔结构。(B)无序介孔结构。(C)层状结构。自介孔材料被发现以来,研究者的目光便集中在其潜在的催化应用上。介孔材料不仅。由于内表面富含硅羟基,它们还可通过接枝方式固定有机金属配合物、有机官能团等。

酸催化反应

(1)MCM-41曾被用于苯与烯烃的烷基化反应,如图,研究人员研究了甲苯与丙烯在沸石Bate、MCM-41、MSA和ERS-8上的烷基化为异丙基甲苯。MCM-41和MSA的催化活性与沸石Bate相似,但明显高于ERS-8。

此外,用沸石Bate获得的聚伞花异构体分布接近平衡值,而用MCM-41和MSA获得的聚伞花异构体分布接近固体磷酸(SPA)催化剂的平衡值,主要用于工业异丙苯生产。

5.10.1039/C2CS35244C

2FCCFCCFCC催化剂的示意图如图6所示:它呈球形颗粒,适用于循环流化床反应器;颗粒内部,USY沸石晶体被均匀分散在氧化铝或硅铝氧化物活性基质中,并与粘土颗粒共存。这些球形颗粒含有大量大孔和介孔图催化剂示意图。DOI:更详细地说,,如图7所示,每一类孔隙在整个催化过程中都具有明确的作用。根据这一模型,重分子向有价值产品(天然气–石油和汽油)的转化发生在介孔和微孔中。

图催化剂中分层孔隙结构的示意图。DOI::当介孔硅铝酸盐中四面体配位铝原子产生的负电荷,被碱金属(如+Cs)或碱土金属离子补偿时,材料即具备碱性催化性能。

介孔材料在碱催化反应中也有应用潜力MCM-41图不同硅基载体负载MgO催化剂的碱性比较。氧化反应在工业领域具有重要价值,需开发能在温和条件下实现高选择性氧化的催化剂。该领域的关键突破是-1它是首个以过氧化物(如HO)为氧化剂,在温和条件下选择性氧化醇、烯烃、烷烃的沸石催化剂,已工业化应用于苯酚羟基化、丙烯环氧化等反应,推动了环境友好型氧化技术发展。

TS-1,因此研究人员转向开发含钛介孔材料,以适配大体积底物的转化需求。如图9,研究人员通过接枝法制备出Ti-MCM-41:将二氯二茂钛(TiCpCl)接枝到预先形成的硅基上,随后在流动氧气中于550℃下焙烧。

图新鲜煅烧的Ti-MCM-41(曲线a)与一次催化测试后再次活化的Ti-MCM-41(曲线b)的XRDDOI: 10.1016/j.molcata.2006.01.032