高活性低硅鋁比中空ZSM5沸石催化劑的聯合研究獲進展

　　近期，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心生物基材料與仿生構筑研究部博士矯義來與英國曼徹斯特大學博士范曉雷和Carmine D’Agostino合作制備出高活性低硅鋁比中空ZSM-5沸石催化劑，研究成果在化學期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edtion）在線刊登，獲得編輯高度評價（very important）。

　　ZSM-5型沸石由于其微孔結構（0.51-0.56 nm）和可調變的固體酸特性，在石油裂解、石化產品精制方面發揮著至關重要的作用。由于沸石微孔限制反應物傳質，近幾十年以來研究重點一直是提高反應物對沸石酸性位的可接觸性以提高其催化活性。通常采用堿液后處理選擇性脫硅刻蝕出晶內介孔來提高沸石酸性位的可接觸性。但是由于沸石母相中四配位鋁對脫硅起抑制作用，這種方法只適用于合成硅鋁比較高的ZSM-5型沸石，合成具有良好可接觸性的低硅鋁比ZSM-5型沸石仍是一個具有挑戰性的課題。

　　此項研究通過高溫快速老化沸石合成母液制備出含有非骨架鋁的沸石母相，而后，通過四丙基氫氧化銨溶解、再結晶將非骨架鋁轉化為骨架鋁，同時形成中空結構。該方法的新穎性在于，采用含有非骨架鋁的沸石作為母相，打破了四配位骨架鋁對沸石溶解、再結晶的限制，從而制備出硅鋁比低至16的中空ZSM-5型沸石。低硅鋁比中空ZSM-5型沸石在碳氫化合物裂解中，尤其是在大分子碳氫化合物裂解中表現出高活性、高穩定性和高丙烯選擇性的顯著優勢。通過脈沖場梯度核磁共振（PFG-NMR）研究了沸石催化劑的傳質特性，表明低硅鋁比中空ZSM-5型沸石優異的催化性能來源于大量的可接觸酸性位。該方法不僅適用于合成低硅鋁比中空ZSM-5型沸石，也為其它中空雜原子摻雜沸石合成提供了可行的技術路線。

　　該項研究工作得到留學基金委、沈陽材料科學國家研究中心和歐盟地平線2020項目的資助。

　　沈陽材料科學國家研究中心為論文第一通訊單位，矯義來為第一作者，矯義來、范曉雷和Carmine D’Agostino為共同通訊作者。

圖1 低硅鋁比中空ZSM-5沸石合成技術路線示意圖