钛硅沸石的形貌控制与催化性能的研究

沸石晶粒的形貌控制对于催化材料的活性和选择性有着重要的影响，而沸石晶粒可以通过在合成过程中改变合成条件和加入不同有机添加剂的方法来可控调变，这些研究对设计合成具有高活性和高选择性的沸石催化材料具有重要意义。本项目选择工业钛硅沸石（TS-1）作为研究对象，该沸石晶体在a轴和b轴上分别具有略微差别的孔道结构，通过调节晶体的a/b轴长度的变化，可以有效地改变这两种孔道结构的比例，从而可以有效地提高催化活性和选择性。本项目则是通过在合成该沸石过程中加入不同有机添加剂，期望实现对TS-1沸石b轴生长的可控调变，研究这些具有不同b轴长度的TS-1沸石在催化反应中的活性和选择性的变化，并探讨这些有机添加剂对TS-1沸石b轴长度的影响机理。

沸石晶粒的形貌控制对于催化材料的活性和选择性有着重要的影响，而沸石晶粒可以通过在合成过程中改变合成条件和加入不同有机添加剂的方法来可控调变，这些研究对设计合成具有高活性和高选择性的沸石催化材料具有重要意义。本项目通过在合成过程中添加不同有机添加剂，可以合成出具有b-轴方向长度可控的MFI沸石(包括TS-1和ZSM-5)，而这些具有不同b轴长度的MFI沸石在系列催化反应中表现出不同催化活性。.在TS-1合成体系内加入有机添加剂并利用一步水热合成法，可以成功得到b-轴方向长度不同的TS-1产品。例如当向合成体系内加入尿素时，得到了b-轴方向非常薄的片层状TS-1（TS-1-S），TS-1-S在b-轴方向的长度可以通过改变尿素的加入量而进行有效调节，b-轴方向长度最短仅为80纳米。向合成体系内加入氟碳表面活性剂（FC-4），得到了链状TS-1（TS-1-C），TS-1-C在b-轴方向的长度最长可以达到5微米。利用贝克曼重排反应以及二甲苯吸附实验对TS-1-S与TS-1-C催化性能与吸附性能进行了研究。在贝克曼重排反应中TS-1-S因为b-轴更短，反应物与产物更容易扩散从而表现出更高的催化活性与稳定性。而在二甲苯吸附实验中，TS-1-C因具有更长的b-轴方向长度而表现出非常高的吸附选择性。在合成ZSM-5体系内加入尿素时，可以合成得到了b-轴方向非常薄的片层状ZSM-5（ZSM-5-S）。我们发现使用淀粉作为添加剂时候，得到链状ZSM-5（ZSM-5-C）。ZSM-5-C沿b-轴方向的长度同样可以通过改变淀粉的加入量而进行有效控制。我们选择了二甲苯重排作为模型反应测试不同形貌ZSM-5样品的催化性能，片层状ZSM-5在该反应中反应活性和产物选择性都较低，而具有介孔的链状ZSM-5由于兼具介孔和长的b轴在活性和选择性上都表现突出。而且链越长，选择性越好。.这种方法不仅仅可以合成沸石材料，还可以用于合成TiO2等光催化材料。同时项目还研究其他多孔催化材料的合成以及性能测试。在SCI收录的杂志中发表包括Angew Chem Int Ed在内的学术论文14篇(标注)，申请专利4项。