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장붓구멍의 성장간 경계면에서 고유한 루이스 산도 조절
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장붓구멍의 성장간 경계면에서 고유한 루이스 산도 조절

Mar 16, 2024

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2924(2022) 이 기사 인용

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제올라이트의 산성 부위는 화학 전환에서 생성물을 제어하는 ​​중요한 국지적 구조입니다. 그러나 높은 분해능으로 산성 부위를 생성하고 식별할 수 있는 제어 가능한 방법이 여전히 부족하기 때문에 산성 부위의 구조를 정확하게 설계하는 것은 여전히 ​​큰 과제로 남아 있습니다. 여기서는 내부 성장 구조를 가진 장붓구멍 장부 ZSM-5 촉매(ZSM-5-MT)의 경계면에서 고유한 루이스 산 부위(LAS)를 풍부하게 하기 위해 내부 성장 제올라이트의 격자 불일치를 사용합니다. ZSM-5-MT는 통합 차동 위상차 주사 투과 전자 현미경(iDPC-STEM)에 의해 원자적으로 분해되는 두 개의 수직 블록으로 구성됩니다. ZSM-5-MT에서 새로운 프레임워크 관련 Al(AlFR) LAS가 생성된다는 것은 다양한 방법으로 밝혀질 수 있습니다. iDPC-STEM 결과를 다른 특성과 결합하여 인터페이스에서 O 원자가 부분적으로 누락되어 ZSM-5-MT에 고유한 AlFR LAS가 형성된다는 것을 보여줍니다. 그 결과, ZSM-5-MT 촉매는 메탄올의 꾸준한 전환에서 단결정 ZSM-5에 비해 프로필렌과 부텐의 선택성이 더 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 인터페이스 엔지니어링을 통해 맞춤형 기능을 위해 제올라이트 촉매의 루이스 산도를 설계하는 효율적인 전략을 제공합니다.

제올라이트는 TO4(T = Si, Al, P) 사면체 골격으로 구성된 전형적인 결정질 미세다공성 물질의 한 종류입니다. 알루미노실리케이트 제올라이트는 활성 브뢴스테드 산점(BAS)과 루이스 산점(LAS)1,2로 인해 광범위한 촉매 응용 분야에서 중요한 고체 산 촉매로 사용될 수 있습니다. 메탄올에서 탄화수소로(MTH)는 제올라이트 유형 촉매의 가장 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 탄화수소 풀(HP) 메커니즘을 기반으로 조정 가능한 산성 부위(밀도, 유형 및 분포)의 영향을 받는 HP3,4,5에서 실행되는 올레핀 기반 서클과 방향족 기반 사이클에서 다양한 제품을 얻을 수 있습니다. 그리고 기공 구조. 일반적인 BAS 외에도 LAS도 경질 올레핀 및 방향족 생산에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 제올라이트 촉매에 알칼리 토금속을 통합하여 형성된 루이스 산성 [M(μ-OH)2M]2+(M = Ca, Mg 및 Sr) 종은 벤젠 메틸화의 반응 장벽을 증가시키고 전형적인 고리형 탄소 양이온을 불안정하게 합니다. 더 높은 프로필렌 선택성을 위한 방향족 기반 사이클에서6,7. 제올라이트의 루이스 산도를 조절하면 제올라이트 촉매의 촉매 활성 산 부위가 탄화수소 종3,6,7,8,9의 국소 농도와 활성을 결정하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 목표 생성물을 얻기 위한 두 사이클의 기여를 효율적으로 조정할 수 있습니다. 10. Al LAS는 거의 모든 종류의 제올라이트 토폴로지를 갖는 제올라이트로 구성될 수 있으며, 이는 고유한 구조에 따라 기존의 AlEF(추가 프레임워크 Al) 및 고유 프레임워크 관련 Al(AlFR) LAS로 분류됩니다. AlEF LAS는 증기 처리 및 산 또는 염기 침출을 포함한 후처리에서 제올라이트 프레임워크에서 Al 원자를 제거하여 생성될 수 있습니다. 그러나 현재까지 AlFR LAS의 제어 가능한 합성은 달성되지 않았습니다. 여기서 우리는 내부 성장된 제올라이트의 경계면에서의 불일치로 인해 O 원자가 누락되고 고유한 AlFR LAS가 생성될 것이라고 제안합니다. 즉, 인터페이스 엔지니어링은 추가 루이스 산도를 설계하여 촉매 성능을 조정하기 위해 다공성 재료에서 여전히 작동합니다.

ZSM-5는 교차 연결된 직선 및 정현파 채널을 가진 MFI 유형 제올라이트로, MTH 촉매 작용에서 잘 연구되었습니다. 접촉된 ZSM-5 결정은 직선 및 정현파 채널을 연결하여 90° 내부성장 구조를 형성할 수 있습니다. 이러한 내부 성장은 다양한 유형의 채널 교차점에서 많은 수의 Al LAS를 생성합니다. 그러나 전자빔에 대한 민감도, 빛의 대비가 낮은 (주사) 투과전자현미경((S)TEM)을 사용한 저선량 이미징의 한계로 인해 제올라이트 계면에 대한 원자 정보가 여전히 부족합니다. 요소 27,28,29,30 및 원자 순서 결정의 낮은 가용성. 최근 통합 미분 위상차(iDPC) STEM 기술의 발전으로 제올라이트 및 금속 유기 골격과 같은 초고해상도의 다양한 경원소 빔 감지 재료의 저선량 이미징을 달성할 수 있었습니다. 따라서 ZSM-5 프레임워크의 내부 성장 인터페이스의 원자 구조는 iDPC-STEM에 의해 분석될 수 있으며, 이는 이러한 제올라이트 인터페이스의 루이스 산도에 대한 새로운 이해를 가져다 줄 것으로 기대됩니다.