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来自研究机构

研究人员发现了催化剂沸石纳米孔的新组成部分

日期:
2020年1月9日
来源:
马萨诸塞大学阿默斯特分校
简介:
化学家们说,沸石晶体是地球上按重量计算使用最多的催化剂,用于将石油提炼成汽油和将生物质提炼成生物燃料。发现它们形成的机制一直是化学工业和相关研究人员的浓厚兴趣。他们希望他们在了解沸石结构和振动的新方法上的进展,能带来新的、量身定制的沸石,用于复杂的新应用。
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沸石晶体是地球上最常用的催化剂,用于将石油提炼成汽油和将生物质提炼成生物燃料。马萨诸塞州阿默斯特大学的化学家斯科特·奥尔巴赫(Scott Auerbach)和他的同事们说,发现它们形成的机制一直是化学工业和相关研究人员的浓厚兴趣。他们希望他们在了解沸石结构和振动的新方法上的进展,能带来新的、量身定制的沸石,用于复杂的新应用。

他们最近一期的封面故事美国化学学会杂志描述了该团队如何使用系统分析和一种称为拉曼光谱的技术,以及量子力学建模,来发现他们称之为“三环桥”的新型纳米级构建块,以帮助解释沸石的多孔结构及其动力学行为。

奥尔巴赫说:“这一突破很重要,因为它为我们提供了一种看到不可见的东西的方法——导致沸石晶体的精确结构。我们希望这种结构见解将帮助我们合成新的、量身定制的沸石,用于清洁能源和碳捕获的先进应用。”他的合著者包括麻省理工大学阿默斯特分校的化学工程师范伟和第一作者王同昆,以及伍斯特理工学院的其他人。

作者说,通过取代以前“过于简单”的方法,他们的方法可以“提高我们使用拉曼光谱作为研究沸石结构和形成的分析工具的能力,使用三环桥的概念。”

在这项由美国能源部材料科学与工程部支持的工作中,Auerbach和他的同事们说,揭示沸石合成是复杂的,因为前体结构是中等大小的,所以它们陷入了纳米尺度的“盲点”——对于原子水平和官能团结构分析来说太大了,对于x射线分析来说太混乱了。相比之下,拉曼光谱“已经成为探测各种材料中程结构的强大工具,”他们指出。

范解释说,到目前为止,关于合成具有新结构和成分的沸石的实验研究都是基于反复试验的方法,表征这一过程构成了一个“诱人的挑战”。他们说,他们基于三环桥的贡献为理解结晶途径提供了新的工具,为设计用于催化和分离的先进应用材料打开了大门。

此外,他们指出,“很少有证据表明,拉曼能带可以分配给单个沸石环。”他们测试了这一假设,发现三环桥——三个沸石环连接在一起的集合——在沸石形成中起着关键作用。利用这一点,他们发现了沸石键角和拉曼频率之间的精确关系,可以用来确定沸石结晶过程中形成的结构。

在未来的工作中,Auerbach, Fan和他们的团队计划在沸石结晶过程中测量和模拟拉曼光谱,以确定存在哪些三环桥并将被所得沸石继承。

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故事来源:

材料所提供的马萨诸塞大学阿默斯特分校注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 王同坤,罗嵩,Geoffrey A. tomsett, Michael T. Timko,范伟,Scott M. Auerbach。包含邻环的三环桥在理解沸石拉曼光谱中的关键作用美国化学学会杂志, 2019;141 (51): 20318 doi:10.1021 / jacs.9b10346

引用此页

马萨诸塞大学阿默斯特分校。“研究人员发现了催化剂沸石纳米孔的新组成部分。”《科学日报》。《科学日报》,2020年1月9日。< www.koonmotors.com/releases/2020/01/200109140940.htm >。
马萨诸塞大学阿默斯特分校。(2020年1月9日).研究人员发现了催化剂沸石纳米孔的新组成部分。《科学日报》。2023年6月18日检索自www.koonmotors.com/releases/2020/01/200109140940.htm
马萨诸塞大学阿默斯特分校。“研究人员发现了催化剂沸石纳米孔的新组成部分。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2020/01/200109140940.htm(2023年6月18日访问)。

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