近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员侯广进、研究员陈魁智团队在分子筛铝对的识别、量化及对分子筛脱铝过程影响的研究中取得新进展。他们提出了一种基于二价金属阳离子（M2+）结合定量1H NMR、1H-1H同核相关测距技术的新方法，实现了分子筛中成对铝原子（铝对）和单位点铝含量的精准定量解析，以及不同铝-铝距离或不同孔道落位的铝对的亚类辨识与定量区分。相关成果发表在《美国化学会志》并被选为内封面文章。
解析分子筛铝对过程示意图。大连化物所供图
沸石分子筛在工业领域具有广泛应用，其骨架铝对的分布与落位一直是研究热点，在分子筛合成和设计过程中，铝对的精准调控对于深入理解铝位点协同作用、不同孔道落位的限域效应、分子筛稳定性具有重要意义。然而，由于几乎所有骨架铝均呈现Al(OSi)4四面体结构，仅存在微小的Al-O-Si键角变化，因此，铝对的高分辨率、精准定量地表征极具挑战。
本工作中，研究人员采用了一系列不同离子半径的M2+阳离子交换ZSM-5分子筛中的B酸对，通过1H NMR定量实验发现，随着阳离子尺寸从Ca2+增加到Ba2+，可交换的B酸对含量随之变化。在此基础上，研究人员结合对水热脱铝过程中铝对的定量追踪等分析发现，铝对可以被分为三类。进一步，研究人员使用新开发的方法对水热脱铝过程中的铝对进行定量追踪，发现分子筛中大量的铝对会引发快速脱铝过程。此外，脱铝过程中两个铝原子遵循先后脱除，并非同时脱除。
该研究为孤立铝、铝对的定向构筑、铝-铝距离的催化调控提供了可靠表征手段，同时为高效分子筛设计提供了技术及理论支撑。
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.4c14741
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