紫外拉曼光谱研究FAU到CHA和MFI分子筛的转晶过程

张娟 褚月英 刘小龙 徐好 冯兆池 孟祥举 肖丰收

引用本文: 张娟,  褚月英,  刘小龙,  徐好,  冯兆池,  孟祥举,  肖丰收. 紫外拉曼光谱研究FAU到CHA和MFI分子筛的转晶过程[J]. 催化学报, 2019, 40(12): 1854-1859. doi: S1872-2067(19)63287-0 shu
Citation:  Juan Zhang,  Yueying Chu,  Xiaolong Liu,  Hao Xu,  Xiangju Meng,  Zhaochi Feng,  Feng-Shou Xiao. Interzeolite transformation from FAU to CHA and MFI zeolites monitored by UV Raman spectroscopy[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(12): 1854-1859. doi: S1872-2067(19)63287-0 shu

紫外拉曼光谱研究FAU到CHA和MFI分子筛的转晶过程

  • 基金项目:

    国家重点研发计划(2017YFB0702800);国家自然科学基金(2152780065,91634201,21720102001);中国科学院战略性先导科技专项(XDB17000000).

摘要: 分子筛是一类广泛运用于工业催化的多孔无机微晶材料,尽管其制备方式和晶化机理的报道很多,但是大多局限于无机凝胶合成体系.近年来,分子筛间的转晶生长引起了广泛关注,尤其是以高硅铝比的FAU分子筛作为原料进行转晶,因其结构中含有大量有序连接的双六元环(D6R)单元,前述研究多认为D6R结构在分子筛间的转晶过程中起着重要作用,但是这种作用并未得到详尽描述.一直以来,紫外拉曼光谱都被认为是表征分子筛结构单元的有力手段,它可用以鉴定分子筛骨架或半骨架结构的特征振动.因此,本文运用紫外拉曼光谱技术监测由FAU分子筛转晶成CHA和MFI的晶化过程,并采用DFT计算进行辅助证明,观察了D6R结构的转晶行为.
紫外拉曼光谱结果表明,FAU结构中的D6R物种在分子筛间的转晶过程中对目标分子筛的形成起着关键作用.在FAU转晶成CHA的晶化过程中,紫外拉曼光谱表明FAU和CHA上均出现300 cm-1的振动峰,该峰可归属于D6R结构的弯曲振动.在转化过程中,FAU和CHA的结晶度分别呈现出明显的降低和增长的趋势,而D6R振动峰的强度在实验误差允许范围内基本保持不变,表明尽管体系中存在着FAU溶解和CHA生成的动态平衡,但是D6R结构却始终保持相对稳定,这种现象可归因于二者都含有相同的结构单元D6R,这种结构相似性使得D6R物种更易于保持结构完整性从而进行直接转化.
然而,在FAU转晶成MFI的晶化过程中,紫外拉曼光谱表明FAU的300 cm-1振动峰的强度随着晶化时间的延长而不断减弱,与此同时,MFI归属于单六元环(S6R)的289 cm-1振动峰的强度在短时间内迅速增大到最大值,而归属于四元环(4R)和五元环(5R)的433,475和377 cm-1振动峰的强度均与MFI结晶度的增长呈现相同趋势.这表明转化过程中FAU结构的D6R物种将更倾向于被分解成两个S6R而非三个4R,4R和5R只能在MFI骨架结构形成后被观察到,即发挥作用的基本结构单元是S6R而非5R,分解出来的S6R再用以进一步组装成MFI结构.为进一步验证D6R结构易于分解成S6R,采用DFT计算对从D6R结构分解成两个S6R和三个4R的生成焓进行了比较.结果表明,分解成两个S6R的生成焓(-16.3 kcal/mol)明显低于分解成三个4R的生成焓(-4.6 kcal/mol),说明D6R生成两个S6R的可能性更大,这恰好与紫外拉曼光谱的结果一致.上述研究将有助于更好地理解分子筛间的转晶行为.

English

    1. [1] A. Corma, Chem. Rev., 1995, 95, 559-614.

    2. [2] M. E. Davis, Nature, 2002, 417, 813-821.

    3. [3] H. Gies, B. Marler, Zeolites, 1992, 12, 42-49.

    4. [4] S. Mintova, J. P. Gilson, V. Valtchev, Nanoscale, 2013, 5, 6693-6703.

    5. [5] M. Moliner, F. Rey, A. Corma, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 13880-13889.

    6. [6] J. Shin, M. A. Camblor, H. C. Woo, S. R. Miller, P. A. Wright, S. B. Hong, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6647-6649.

    7. [7] N. Nakazawa, T. Ikeda, N. Hiyoshi, Y. Yoshida, Q. Han, S. Inagaki, Y. Kubota, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 7989-7997.

    8. [8] E. M. Gallego, M. T. Portilla, C. Paris, A. Leon-Escamilla, M. Boronat, M. Moliner, A. Corma, Science, 2017, 355, 1051-1054.

    9. [9] T. Maruo, N. Yamanaka, N. Tsunoji, M. Sadakane, T. Sano, Chem. Lett., 2014, 43, 302-304.

    10. [10] N. Martin, Z. B. Li, J. Martínez-Triguero, J. H. Yu, M. Moliner, A. Corma, Chem. Commun., 2016, 52, 6072-6075.

    11. [11] J. E. Schmidt, M. A, Deimund, D. Xie, M. E. Davis, Chem. Mater., 2015, 27, 3756-3762.

    12. [12] H. Xu, Q. M. Wu, Y. Y. Chu, J. G. Jiang, L. Zhang, S. X. Pan, C. S. Zhang, L. F. Zhu, F. Deng, X. J. Meng, S. Maurer, R. McGuire, A. N. Parvulescu, U. Müller, F. S. Xiao, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 8705-8711.

    13. [13] L. Van Tendeloo, E. Gobechiya, E. Breynaert, J. A. Martens, C. E. A. Krischhock, Chem. Commun., 2013, 49, 11737-11739.

    14. [14] N. Funase, T. Tanigawa, Y. Yamasaki, N. Tsunoji, M. Sadakane, T. Sano, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 19245-19254.

    15. [15] M. Itakura, K. Ota, S. Shibata, T. Inoue, Y. Ide, M. Sadakane, T. Sano, J. Cryst. Growth, 2011, 314, 274-278.

    16. [16] C. Y. Hu, W. F. Yan, R. R. Xu, Acta Chim. Sin., 2017, 75, 679-685.

    17. [17] Y. C. Shi, E. H. Xing, X. Z. Gao, D. Y. Liu, W. H. Xie, F. M. Zhang, X. H. Mu, X. T. Shu, Microporous Mesoporous Mater., 2014, 200, 269-278.

    18. [18] W. Fan, M, Ogura, G. Sankar, T. Okubo, Chem. Mater., 2007, 19, 1906-1917.

    19. [19] M. B. Park, Y. Lee, A. M. Zheng, F. S. Xiao, C. P. Nicholas, G. J. Lewis, S. B. Hong, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 2248-2255.

    20. [20] S. Prodinger, A. Vjunov, J. Z. Hu, J. L. Fulton, D. M. Canaioni, M. A. Derewinski, J. A. Lercher, Chem. Mater., 2018, 30, 888-897.

    21. [21] S. A. Pelster, R. Kalamajka, W. Schrader, F. Schuth, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 2299-2302.

    22. [22] B. B. Schaack, W. Schrader, F. Schuth, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 9092-9095.

    23. [23] T. M. Davis, T. O. Drews, H. Ramanan, C. He, J. S. Dong, H. Schnablegger, M. A. Katsoulakis, E. Kokkoli, A. V. McCormick, R. L. Penn, M. Tsapatsis, Nat. Mater., 2006, 5, 400-408.

    24. [24] A. I. Lupulescu, J. D. Rimer, Science, 2014, 344, 729-732.

    25. [25] S. Mintova, N. H. Olson, V. Valthev, T. Bein, Science, 1999, 283, 958-960.

    26. [26] Y. Zhao, H. B. Zhang, P. C. Wang, F. Q. Xue, Z. Q. Ye, Y. H. Zhang, Y. Tang, Chem. Mater., 2017, 29, 3387-3396.

    27. [27] F. T. Fan, Z. C. Feng, C. Li, Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 4794-4801.

    28. [28] L. M. Ren, Q. Guo, H. Y. Zhang, L. F. Zhu, C. G. Yang, L, Wang, Z. C. Feng, C. Li, F. S. Xiao, J. Mater. Chem., 2012, 22, 6564-6567.

    29. [29] N. Sheng, Y. Y. Chu, S. H. Xin, Q, Wang, X. F. Yi, Z. C. Feng, X. J. Meng, X. L. Liu, F. Deng, F. S. Xiao, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 6171-6176.

    30. [30] M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, et al., Gaussian 09, Revision B, 01, 2010.

    31. [31] Y. Yu, G. Xiong, C. Li, F. S. Xiao, Microporous Mesoporous Mater., 2001, 46, 23-34.

    32. [32] P. Li, T. Ding, L. P. Liu, G. Xiong, Mater. Charact., 2013, 86, 221-231.

    33. [33] P. K. Dutta, D. C. Shieh, M. Puri, J. Phys. Chem., 1987, 91, 2332-2336.

    34. [34] F. T. Fan, Z. C. Feng, G. N. Li, K. J. Sun, P. L. Ying, C. Li, Chem. Eur. J., 2008, 14, 5125-5129.

    35. [35] C. L. Angell, J. Phys. Chem., 1973, 77, 222-227.

    36. [36] D. K. Arkhipenko, G. P. Valueva, T. N. Moroz, J. Struct. Chem., 1995, 36, 171-174.

    37. [37] C. H. Sun, D. J. Srivastava, P. J. Grandinetti, P. K. Dutta, Microporous Mesoporous Mater., 2016, 230, 208-216.

    38. [38] T. Ikuno, W. Chaikittisilp, Z. D. Liu, T. Iida, Y, Yanaba, T. Yoshikawa, S. Kohara, T. Wakihara, T. Okubo, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 14533−14544.

    39. [39] B. Mihailova, V. Valtchev, S. Mintova, A. C. Faust, N. Petkov, T. Bein, Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 2756-2763.

    40. [40] L. M. Ren, Q. Guo, H. Y. Zhang, L. F. Zhu, C. G. Yang, L. Wang, X. J. Meng, Z. C. Feng, C. Li, F. S. Xiao, J. Mater. Chem., 2012, 22, 6564-6567.

    41. [41] Q. M. Wu, X. Wang, G. D. Qi, Q. Guo, S. X. Pan, X. J. Meng, F. Deng, F. T. Fan, Z. C. Feng, C. Li, S. Maurer, U. Muller, F. S. Xiao, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 4019-4025.

    42. [42] Y. Y. Chu, G. C. Li, L. Huang, X. F. Yi, H. Q. Xia, A. M. Zheng, F. Deng, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 2512-2523.

    43. [43] Y. Y. Chu, B. Han, A. M. Zheng, X. F. Yi, F. Deng, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 2194−2202.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  10
  • 文章访问数:  1806
  • HTML全文浏览量:  231
文章相关
  • 收稿日期:  2019-01-10
  • 修回日期:  2019-02-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章