中国沸石分子筛基础研究近年来的突破性进展

沸石分子筛在低碳分子催化转化中的新应用

       丙烯是全球产量最高的基础有机化工原料之一，也是当前衔接石化和煤化工等上、下游产业的重要平台产品。丙烷脱氢是当前生产丙烯的重要反应过程，硼基催化剂［如氮化硼（BN）和负载型氧化硼］在丙烷氧化脱氢反应中表现出了良好的催化性能. 在这些催化剂中，低聚的B—O—B被认为是活性中心，而孤立的 B 则是惰性的。肖丰收教授团队在纯硅 MFI 沸石分子筛中构筑的孤立硼中心（BS-1），在丙烷氧化脱氢反应中，经过220 h的反应历程（560 ℃，0. 1 MPa条件下），丙烷转化率可以达到43. 7%，而丙稀/乙烯选择性保持在53. 3%/29. 5%. 通过原位红外光谱、二维固体核磁共振谱波和飞行时间质谱等确认硼是孤立存在于沸石骨架中，硼中心上连接双羟基结构并且邻近还有与之相关的双硅羟基，以—B［OH…O（H）—Si］2的配位形式存在。该结果打破了孤立硼中心无法催化脱氢反应这一传统认知，发现了高效催化丙烷有氧脱氢的新型活性中心，为有氧脱氢催化剂及反应过程的开发提供了理论指导。

沸石分子筛在低碳分子吸附分离中的新应用

       低碳烯烃的分离提纯是现今世界上规模最大、最重要也是最耗能的化学分离工艺. 如果能使用高效吸附材料选择性吸附炔烃从而实现炔烃/烯烃分离，则有望替代当前昂贵繁琐的选择加氢除炔工艺。

       南开大学李兰冬教授团队设计了通过在八面沸石（FAU）的六元环中封存孤立的开放性镍（II）位点来控制沸石内部孔隙的策略，实现了对乙炔/乙烯、丙炔/丙烯和丁炔/1，3-丁二烯混合物的高效分离，动态分离选择性分别为 100，92 和 83. Ni@FAU 还具有优异的循环稳定性，连续 10 次吸附-脱附循环中能够稳定工作，且在不同的操作条件下均具有令人满意的性能，展现出在工业吸附分离方面的潜在应用前景 . 原位中子衍射和非弹性中子散射证实了封闭的镍（II）位点通过形成亚稳态的［Ni（II）（C2H2）3］络合物实现与乙炔的化学选择性和可逆结合。与炔烃相比，大部分被吸附的烯烃分子与分子筛孔道内的氧原子形成极弱的氢键，因此在动态吸附条件下，这些弱吸附的烯烃分子会快速被炔烃分子取代，实现了炔烃/烯烃高效分离。

来自：戚刚刚, 孟祥举. 中国沸石分子筛基础研究近年来的突破性进展[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44 (10): 9-18.