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中国科学院前沿科学重点研究项目--分子筛限域催化微观机制研究

项目来源:中国科学院

项目名称:分子筛限域催化微观机制研究

项目编号:QYZDB-SSW-SLH026

项目负责人:郑安民

项目摘要:

    1、研究内容和意义:纳米限域效应在催化领域具有广泛的应用前景,限域在纳米空间中的分子将会显现出与自由状态下明显不同的物理化学特性。限域效应对反应分子的吸附和反应动力学的影响一直受到研究者的广泛关注。包信和等人首次报道了碳纳米管的限域效应不仅对组装在其管道内的金属和金属氧化物的氧化还原特性具有调变作用,而且这种限域效应还将影响其催化反应性能。分子筛作为一种环境友好固体催化剂,在石油能源化工领域有着广泛的应用。分子筛是一类具有规则孔道结构的无机硅铝酸材料,其孔径一般在纳米量级(< 2 nm),是一种非常典型的纳米限域反应器。分子筛的结构特性通常包含了两个方面:活性中心(酸中心)的局域结构和环境效应(孔道形状和大小)。以酸中心为例,其局域结构具体来说就是酸中心的酸种类(Brønsted 酸还是Lewis 酸)、酸强度(强酸还是弱酸)以及酸分布(内表面酸位还是外表面酸位)。除此之外,活性中心的环境效应也将影响着反应进行。对于分子筛而言,环境效应就是分子筛纳米量级的孔道所产生的限域效应。限域在分子筛纳米孔道中的反应分子将会显现出与自由状态下明显不同的物理化学特性,同时限域效应也将制约着反应分子的吸附、扩散和反应动力学特性,从而决定着催化反应性能。
    2、预期成果:本项目针对分子筛限域孔道结构(酸性位点的局域酸性和孔道环境效应)与反应效能的内在关系这一重要的物理化学问题开展研究工作。利用探针分子固体NMR实验深入系统研究分子筛催化剂的局域酸性(酸种类、酸强度、酸分布和酸量)。通过分子动力学和蒙特卡洛模拟与脉冲梯度场NMR实验, 揭示限域孔道特性对反应分子吸附和扩散机制的影响;通过原位固体核磁共振技术和色谱-质谱技术并结合在微观尺度的量化计算深入考察分子筛孔道活性中心的局域酸性和孔道限域效应对反应分子电子结构、活化和转化、过渡态/中间体的稳定性以及反应选择性的影响,揭示分子筛限域孔道中独特的反应机理。发挥固体NMR实验和理论计算结合方法的优势,以期在分子筛体系限域孔道催化机制这一重要的基础科学问题上所突破。








 
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