镍基金属有机配合物模板导向的硅基沸石分子筛的设计合成及催化应用

Zeolites, a class of important catalytic materials, have been widely used in petroleum refining and fine chemical synthesis. In general, zeolites are made in the presence of templates. Metal organic complexes as templates, not only direct the zeolites synthesis, but also provide the active sites, which have been widely used in the synthesis of aluminophosphate molecular sieves. However, directed synthesis of silica-based zeolite based on metal organic complexes as templates are still scarcely. This project proposes a new route for synthesizing silica-based zeolite by employing nickel-based metal organic complex as templates. Based on the design of high steady nickel-based metal organic complex, the synthesis process will be extensively investigated, focusing on studying the induction mechanism of templates and crystal growth mechanism. At the same time, the catalytic performances in the hydrogenation reaction are studied and the synergistic effect between the pore structures and the active sites is investigated, thus revealing the relationship between structures and performances. This proposed project will contribute to the rationally design and synthesis of zeolites, as well as relevant industrial applications of zeolites.

沸石分子筛作为一类重要的催化材料，在石油炼制及精细化工等过程中已经得到广泛应用。该类型材料在合成过程中大都需要使用模板剂。金属有机配合物作为一类模板剂，不仅能导向分子筛的合成，而且能直接提供催化活性中心，因此被广泛地应用在磷酸铝分子筛合成中。但是，针对金属有机配合物为模板剂的硅基沸石分子筛的设计合成还有待深入研究。本项目拟开展以镍基金属有机配合物为模板剂导向合成硅基沸石分子筛的研究。主要研究内容包括：设计结构稳定的新型镍基金属有机配合物模板剂；研究模板剂在硅基沸石分子筛合成过程中的作用机制及晶体的生长机制；评价所合成含镍硅基沸石分子筛在加氢反应中的催化性能，探索在催化过程中孔道结构与催化活性中心的协同作用，揭示结构与性能的关系及其内在规律。本项目的实施不仅对沸石分子筛的定向设计合成具有重要意义，而且对相关工业催化应用也有一定推动作用。

沸石分子筛作为一类重要的催化材料，在石油炼制及精细化工等过程中已经得到广泛应用。该类型材料在合成过程中大都需要使用模板剂。金属有机配合物作为一类模板剂，不仅能导向分子筛的合成，而且能直接提供催化活性中心，因此被广泛地应用在磷酸铝分子筛合成中。但是，针对金属有机配合物为模板剂的硅基沸石分子筛的设计合成还有待深入研究。本项目采用新型金属有机配合物为模板剂导向制备出多种金属沸石，如Ni-ITE，Ni-CHA，Cu-CHA，Cu-Beta等。与此同时，发表了多篇研究论文以及申请了多项中国发明专利。比如，设计与ITE沸石结构有着很好匹配性的镍和五乙烯六胺配合物为模板剂进行导向制备硅基ITE沸石，大幅度地降低了ITE沸石的制备成本。更为重要的是，这种一步法合成的含镍金属活性中心的硅基ITE沸石在二氧化碳加氢制甲烷反应中具有非常优异的催化性能。此外，又设计了其它金属络合物如铜和四乙烯五胺、钴和二乙烯三胺、镍和二乙烯三胺等，通过在无溶剂且无钠条件下一步法制备金属基CHA、Beta等沸石催化剂材料。其中，所制备的Cu-CHA沸石在NH3-SCR反应中表现出优异的性能。依托本项目，我们还开展了使用其他金属有机乙酰丙酮盐可以将RUB-36前驱体进行撑层，得到含金属Sn、Fe、Zn、Co的新型沸石材料，并且其在生物质转化反应中表现出十分优异的性能。在上述所取得的成果中，我们深入地揭示了该类金属有机配合物模板剂制备硅基沸石过程中的作用机制以及晶体生长机制，并在相应的催化反应中深入地理解了含金属活性中心的沸石催化剂结构与性能的构效关系。本项目的实施不仅对沸石分子筛的定向设计合成具有重要意义，而且对相关工业催化应用也有一定推动作用。