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Assessment, Control, and Impact of Brønsted Acid Site Heterogeneity in Zeolite HZSM-5
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2018-06-27 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04283 Maryam Abdolrahmani 1 , Kuizhi Chen 1 , Jeffery L. White 1
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2018-06-27 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04283 Maryam Abdolrahmani 1 , Kuizhi Chen 1 , Jeffery L. White 1
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Acidic zeolites are solid aluminosilicate catalysts whose utility arises from Brønsted sites that predominately reside in their crystalline framework structure. Data described herein indicate that extra-framework aluminum (EFAl) moieties, often proposed as important species in overall catalyst activity via Brønsted–Lewis synergies, can themselves contribute protons that are also reactive Brønsted acid centers. While the MFI family of zeolites is a relatively simple channel-structure type, the quantitative spectroscopic detection of all protons shows that the distribution of reactive Brønsted acid site protons arising from framework and extra-framework moieties can be complex. Experiments show that postsynthetic treatments can be used to modify this distribution, in theory enabling routes to HZSM-5 catalysts with only one type of reactive Brønsted site. Quantitative spin-counting NMR experiments combined with chemical washing using ammonium hexafluorosilicate (AHFS) show that the number of framework bridging acid sites (BAS) in typical commercial MFI catalysts (Si/Al equal 15 and 40) is between 50 and 60% of that expected based on the total Al content. Acidic protons from EFAl constitute the major fraction of remaining Brønsted sites. Probe-molecule reactions demonstrate that catalysts with only framework BAS are significantly less reactive than those with both extra-framework and framework Brønsted acid sites. Various postsynthetic methods are compared to optimize the desired Brønsted acid site distribution in MFI catalysts, including both removal and re-introduction of acidic protons from EFAl sites.
中文翻译：
HZSM-5沸石中布朗斯台德酸位异质性的评估，控制和影响
酸性沸石是固体铝硅酸盐催化剂，其实用性来自主要存在于其晶体骨架结构中的布朗斯台德位点。本文描述的数据表明，通常通过布朗斯台德-刘易斯协同作用而提出的骨架外铝（EFAl）部分通常被认为是总体催化剂活性中的重要物种，它们本身也可以贡献质子，这些质子也是布朗斯台德酸中心的活性。虽然MFI沸石家族是一种相对简单的通道结构类型，但对所有质子的定量光谱检测表明，由骨架和骨架外部分产生的活性布朗斯台德酸位点质子的分布可能很复杂。实验表明，合成后处理可用于修改此分布，从理论上讲，仅使用一种类型的反应性布朗斯台德站就可以实现通往HZSM-5催化剂的途径。定量自旋计数NMR实验结合使用六氟硅酸铵（AHFS）的化学洗涤显示，典型的商用MFI催化剂（Si / Al等于15和40）中骨架桥接酸位点（BAS）的数量介于50％和60％之间预期基于总Al含量。来自EFAl的酸性质子占剩余的Brønsted位点的主要部分。探针-分子反应表明，仅具有骨架BAS的催化剂的反应性显着低于具有骨架外和骨架Brønsted酸位的催化剂。比较了各种后合成方法，以优化MFI催化剂中所需的布朗斯台德酸部位分布，包括从EFAl部位去除和重新引入酸性质子。定量自旋计数NMR实验结合使用六氟硅酸铵（AHFS）的化学洗涤显示，典型的商用MFI催化剂（Si / Al等于15和40）中骨架桥接酸位点（BAS）的数量介于50％和60％之间预期基于总Al含量。来自EFA1的酸性质子构成了剩余的Brønsted位点的主要部分。探针-分子反应表明，仅具有骨架BAS的催化剂的反应性显着低于具有骨架外和骨架Brønsted酸位的催化剂。比较了各种后合成方法，以优化MFI催化剂中所需的布朗斯台德酸部位分布，包括从EFAl部位去除和重新引入酸性质子。定量自旋计数NMR实验结合使用六氟硅酸铵（AHFS）的化学洗涤显示，典型的商用MFI催化剂（Si / Al等于15和40）中骨架桥接酸位点（BAS）的数量介于50％和60％之间预期基于总Al含量。来自EFAl的酸性质子占剩余的Brønsted位点的主要部分。探针-分子反应表明，仅具有框架BAS的催化剂的反应性显着低于具有框架外和框架Brønsted酸位的催化剂。比较了各种后合成方法，以优化MFI催化剂中所需的布朗斯台德酸部位分布，包括从EFAl部位去除和重新引入酸性质子。
更新日期：2018-06-28
中文翻译：
HZSM-5沸石中布朗斯台德酸位异质性的评估，控制和影响
酸性沸石是固体铝硅酸盐催化剂，其实用性来自主要存在于其晶体骨架结构中的布朗斯台德位点。本文描述的数据表明，通常通过布朗斯台德-刘易斯协同作用而提出的骨架外铝（EFAl）部分通常被认为是总体催化剂活性中的重要物种，它们本身也可以贡献质子，这些质子也是布朗斯台德酸中心的活性。虽然MFI沸石家族是一种相对简单的通道结构类型，但对所有质子的定量光谱检测表明，由骨架和骨架外部分产生的活性布朗斯台德酸位点质子的分布可能很复杂。实验表明，合成后处理可用于修改此分布，从理论上讲，仅使用一种类型的反应性布朗斯台德站就可以实现通往HZSM-5催化剂的途径。定量自旋计数NMR实验结合使用六氟硅酸铵（AHFS）的化学洗涤显示，典型的商用MFI催化剂（Si / Al等于15和40）中骨架桥接酸位点（BAS）的数量介于50％和60％之间预期基于总Al含量。来自EFAl的酸性质子占剩余的Brønsted位点的主要部分。探针-分子反应表明，仅具有骨架BAS的催化剂的反应性显着低于具有骨架外和骨架Brønsted酸位的催化剂。比较了各种后合成方法，以优化MFI催化剂中所需的布朗斯台德酸部位分布，包括从EFAl部位去除和重新引入酸性质子。定量自旋计数NMR实验结合使用六氟硅酸铵（AHFS）的化学洗涤显示，典型的商用MFI催化剂（Si / Al等于15和40）中骨架桥接酸位点（BAS）的数量介于50％和60％之间预期基于总Al含量。来自EFA1的酸性质子构成了剩余的Brønsted位点的主要部分。探针-分子反应表明，仅具有骨架BAS的催化剂的反应性显着低于具有骨架外和骨架Brønsted酸位的催化剂。比较了各种后合成方法，以优化MFI催化剂中所需的布朗斯台德酸部位分布，包括从EFAl部位去除和重新引入酸性质子。定量自旋计数NMR实验结合使用六氟硅酸铵（AHFS）的化学洗涤显示，典型的商用MFI催化剂（Si / Al等于15和40）中骨架桥接酸位点（BAS）的数量介于50％和60％之间预期基于总Al含量。来自EFAl的酸性质子占剩余的Brønsted位点的主要部分。探针-分子反应表明，仅具有框架BAS的催化剂的反应性显着低于具有框架外和框架Brønsted酸位的催化剂。比较了各种后合成方法，以优化MFI催化剂中所需的布朗斯台德酸部位分布，包括从EFAl部位去除和重新引入酸性质子。
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