近日,我在沸石分子筛Lewis酸性位的研究中取得了新进展,实现了对以往“NMR不可观测”骨架三配位铝物种的探测,揭示其独特的Lewis酸性特征。沸石分子筛作为一类重要的固体酸催化剂,因其具有规整的孔道结构、可调变的酸性而被广泛应用于石油化工、精细化工、环境化工的各种催化过程。分子筛优良的催化反应性能与其独特的酸性紧密相关。
一般来说,沸石分子筛骨架四配位铝所对应的是Bronsted酸位,而Lewis酸位通常认为是由分子筛骨架脱铝所产生的非骨架铝物种或者是由骨架上配位不饱和的一些Al物种构成;另外,在分子筛中引入金属物种如Zn、Ga、Mo、Ag、Sn等也可以作为Lewis酸。然而,对于骨架三配位Al-Lewis酸性的研究却鲜有报道。一方面,由于这种配位不饱和Al含量低;另一方面,由于该物种中Al配位环境高度不对称,其27Al-4相互作用高达几十MHz,NMR谱线展宽严重,因此骨架三配 位Al-Lewis acid通常被认为是不可能通过NMR进行观测。
在本次工作中,我通过吸附三甲基氧膦(TMPO)探针,将“NMR不可观测”的骨架三 配位铝变为“NMR可观测”的扭曲四 配 位 铼 物 种。我利用二维27Al多量子的和二维31P{1H}异核相关实验发现TMPO探针吸附H-ZSM-5 分 子 筛 上 存 在 三 种 不 同 的 Al 物 种 和 多 余 的 吸 附 在 不 同 酸 位 的 31PNMR信号。此外,我还结合自主开发灵敏度增强异核相关 NMR 实验方法获得了TMPO探针与分子的31P-27Alieral双量子相关谱,从而明确了H-ZSM-5 中存在两类由骨骼三 配 位 Al 构成 Lewis acid及其占总acid 性 质 的11.6%。
此外,本工作还使用二维27Alderived同核双量子的实验结合DFT理论计算进一步证实了从B/L协同效应导致Bronsted acid中的acid strength增强形成超强acid。在Chem.Sci.杂志发表,该工作得到了国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持,全文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc02634g#!divAbstract