近日，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院在沸石分子篩活性位研究方面取得進展。該研究發現，水能誘導超穩Y（USY）分子篩中“NMR-Invisible”鋁物種形成協同活性位，提高催化劑對二乙醚制乙烯的反應活性。
沸石分子篩憑借規則有序的微孔結構和可調控的酸性，在石油化工與精細化工領域廣泛應用。在分子篩的應用過程中，水可作為溶劑、反應物、產物，也能充當反應促進劑，同時能通過改變分子篩的酸性來影響催化性能。沸石分子篩普遍存在的“NMR-invisible”鋁物種如三配位骨架和非骨架鋁是主要的Lewis酸物種，但其與水的作用機制尚未明確，導致其對催化反應的貢獻常被忽略。
該團隊利用多核固體NMR結合理論計算，探究了脫水USY分子篩中“NMR-invisible”鋁物種與水作用以及轉變過程。研究發現，水分子在“NMR-invisible”鋁位點上易發生解離吸附，生成大量Br?nsted酸位和Br?nsted/Lewis協同酸位，提升USY分子篩的催化活性。團隊利用一維27Al MAS NMR，分析不同含水量下脫水USY分子篩中鋁物種轉變過程，發現水會在“NMR-invisible”鋁上發生解離吸附，轉變為“NMR-visible”鋁物種（四配位、五配位和六配位鋁），產生大量Br?nsted酸位。進一步，團隊利用二維1H-1H DQ-SQ NMR實驗研究了水解離生成的氫物種的空間分布，揭示了新生成的Br?nsted酸質子和Al–OH空間鄰近而導致Br?nsted/Lewis協同酸位。
基于以上實驗結果，該團隊揭示了水與“NMR-invisible”鋁物種的作用機制，闡明了由水驅動修飾分子篩活性位點的調控機制，為水存在時分子篩催化行為提供了新見解。
相關研究成果發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金委員會、中國科學院的支持。
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