武漢物數(shù)所在沸石分子篩活性中心的協(xié)同效應研究中取得進展

　　中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所鄧風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新進展，相關研究結(jié)果在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上在線發(fā)表。

　　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(gòu)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，進而提高催化劑的活性和產(chǎn)物選擇性。雖然從宏觀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表征手段，對于協(xié)同活性中心的結(jié)構(gòu)及作用本質(zhì)目前仍缺少分子水平上的明確認識。

　　金屬鋅改性ZSM-5沸石分子篩在低碳烷烴活化與轉(zhuǎn)化中表現(xiàn)出優(yōu)異的反應性能，其活性中心的研究引起廣泛關注。最近，武漢物數(shù)所研究員徐君、副研究員王強和博士齊國棟等人與合作者利用高場固體NMR實驗技術(shù)對該催化劑上的活性中心進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)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行了定量分析。研究人員利用信號增強的高場固體67Zn NMR技術(shù)，觀測到了沸石分子篩催化劑表面上的兩種鋅物種：ZnO和Zn2+；進一步采用1H-67Zn雙共振NMR技術(shù)發(fā)現(xiàn)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)同活性中心的實驗證據(jù)。通過對雙共振實驗數(shù)據(jù)的擬合，獲得了協(xié)同活性中心的結(jié)構(gòu)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行了定量測量。通過考察催化劑對甲烷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系。這些結(jié)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(gòu)具有指導意義。

　　該研究工作得到了國家自然科學基金委和中科院的支持。

Zn/ZSM-5分子篩上協(xié)同活性中心示意圖（左），800MHz高場下的¹H-⁶⁷Zn雙共振NMR譜（右）