《高氮含量微孔含氮分子篩的製備、表征及其催化性能》是依託南開大學，由武光軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高氮含量微孔含氮分子篩的製備、表征及其催化性能
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：武光軍
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微孔含氮分子篩由於表面鹼性可控、擇形鹼催化和酸鹼雙功能催化等特性，成為當前分子篩研究的熱點之一。但由於其氮含量低，表面活性中心數量少，因此表面性質表征困難，繼而大大阻礙了其在實際催化反應中的套用研究。基於此，我們提出本課題的研究，擬通過氮化前驅體的預處理以增加其表面缺陷和骨架缺陷，結合氮化方法的最佳化，製備高氮含量微孔含氮分子篩；然後通過單分子和雙分子吸附原位紅外、原位核磁、1H/15N固體核磁、XPS、ESR等表征手段，深入表征微孔含氮分子篩表面活性中心的結構、酸鹼性種類與強度以及分布情況；在此基礎上，考察其在探針反應、模型反應和基於探針反應的套用反應中的催化性能，初步建立 氮含量-表面性質-催化性能之間的關係模型。本課題的研究，不僅可以使我們更好的理解含氮分子篩的催化性能，促進其套用研究，還可以為其它固體鹼材料的表面性質表征提供實驗支持和理論參考，具有理論研究意義和實際套用價值。
結題摘要
本項目的研究目標是製備高氮含量含氮分子篩，綜合各種表征方法明確含氮分子篩表面N物種的結構及其酸鹼性質，並探索適用於含氮分子篩的催化反應並考察其催化性能。經過三年的研究，我們按照項目申請書/計畫書的研究計畫，通過酸鹼預處理，在氮化前驅體分子篩中形成豐富的表面缺陷和骨架缺陷，從而降低氮化過程的難度，將含氮ZSM-5分子篩的氮含量從1wt%提高至4wt%以上，Beta分子篩的氮含量則提高至3wt%以上；然後通過小分子吸附原位紅外和原位核磁，並結合DFT理論計算，對含氮分子篩表面N物種的結構及其酸鹼性質進行了詳細表征，發現含氮分子篩表面的不同骨架氮物種具有不同的酸鹼性，並首次發現分子篩在氮化後生成的≡Si-N(H)-Al-O(H)-Si≡與≡Si-N(H2)-Al-O-Si≡物種是具有不同的酸強度的酸中心：前者的酸強度近似於氮化前的Brønsted酸中心強度，後者則僅具有較弱的酸性，不同的N物種構型之間可以相互轉化，且在與不同分子作用時表現出不同的構型；最後，我們將含氮分子篩套用於當前能源催化研究熱點之一的生物質轉化反應（硬脂酸加氫）和具有套用背景的苯甲醛與環己酮的羥醛縮合反應，前者反應中，6 h後硬脂酸轉化率可以達到97%以上，而十八醇的選擇性則穩定保持在99%以上；後者反應中，含氮分子篩表現出與MgO相當的催化活性，展現出一定的套用前景。通過本項目的研究，我們培養出碩士生2名，發表論文6篇，專利1項，在18屆全國分子篩學術會議上作口頭報告1次。
