J. Am. Chem. Soc. : 鉑負載酸改性MOF用于正己烷加氫異構化

【引言】

烷烴加氫異構化反應是指在雙功能催化劑上，在臨氫氣條件下將直鏈烷烴異構化為異構烷烴的反應。MOF由于其卓越的理化性質如高表面積、可調節的孔隙尺寸、化學成分和表面功能以及可吸附或催化小分子反應的配位金屬位點，引起了許多研究人員關注，有關MOF在多相催化中的應用的報道正在迅速增加。在關鍵氣體存儲和分子分離方面，MOF的性能已開始趕超如沸石和活性碳等傳統的微孔固體。此外，可將MOF作為高表面積襯底或主體，將催化活性物種(如金屬(氧化物)、有機金屬配合物、生物分子或酶)分散或封裝于其中。

【成果簡介】

近日，加州大學伯克利分校Gabor A. Somorjai教授和Omar. M. Yaghi教授(共同通訊作者)等將具有適度的強酸性位點和加氫/脫氫位點的MOF材料作為雙功能催化劑用于正己烷加氫異構化，并在J. Am. Chem. Soc.上發表了題為“Hydroisomerization of n?Hexane Using Acidified Metal-Organic Framework and Platinum Nanoparticles”的研究論文。在該研究中，以大量的磷鎢酸(PTA，H₃PW₁₂O₄₀)封裝于MOF(MIL-101)的孔道中進行“酸化”處理，之后將結構明確的鉑納米顆粒沉積在“酸化”MOF的外表面，獲得了高活性和選擇性的雙功能催化劑(PTA?MOF/Pt)。在250°C和1 bar壓力下，PTA?MOF/Pt相比于傳統的鋁硅酸鹽(Al-MCF-17 /Pt)雙功能催化劑催化氣相正己烷異構化的選擇性高達100%且質量活性提升9倍。

【圖文簡介】

圖1 催化劑的組成及形貌分析

a) 材料體系的XRD圖譜

b-d) 材料體系的TEM圖

e-g) 材料體系的HDAAF-STEM圖像以及相應的EDS mapping

圖2? PTA?MIL-101/Pt中PTA負載量的比較優化

在250℃ 1 bar 下，MIL-101/Pt以及25%、60% PTA?MIL-101/Pt對正己烷加氫異構化反應的總質量活性(藍色)和異構體選擇性(紅色)

?圖3 酸性位點的紅外表征

氘代乙腈吸附于純MIL-101 以及含有25%、60% PTA的MIL-101 紅外光譜，2312 cm^-1處峰越強代表B酸含量越高。

圖4 ?PTA?MIL-101/Pt與傳統鋁硅酸鹽(Al-MCF-17 /Pt)的活性比較

MOF基和鋁硅酸鹽雙功能催化劑的總質量活性(藍色)和異構體選擇性(紅色)比較

【小結】

該研究將大量的磷鎢酸封裝并均勻分散于具有超高比表面積和有序納米孔的MOF中，結合定位于其外表面的鉑納米粒子，構筑了具有高催化活性的正己烷加氫異構化催化材料。其中，相比于傳統的鋁硅酸鹽，含60% PTA的MOF生產異烷烴選擇性為100%，質量活性提升9倍，進一步顯示MOF能容納異構化反應所必需的高濃度的活性位點。

文獻鏈接：Hydroisomerization of n?Hexane Using Acidified Metal?Organic?Framework and Platinum Nanoparticles.?(J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b06629)

本文由材料人編輯部肖杰編譯，黃超審核，點我加入材料人編輯部。

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