近日，我所纳米与界面催化研究中心固体核磁共振及前沿应用研究组（524组）侯广进研究员、陈魁智研究员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，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（Al-Al）距离或不同孔道落位的铝对的亚类辨识与定量区分，并定性、定量明确了铝对与分子筛水热稳定性的关联。该研究为孤立铝、铝对的定向构筑、Al-Al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。
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（Si/Al=14）中的B酸对（与铝对一一对应），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与1H-1H NMR测距分析发现，铝对可以被分为三类（Type I、Type II和Type III）。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，这主要是由于B酸位点周围水分子的动态富集作用，而非不同T位的Al-O-Si键角变化引起的。此外，脱铝过程中两个铝原子遵循先后脱除，并非同时脱除。该工作开发的铝对解析方法，以及基于水热脱铝后处理方法的铝对和单位点铝调控策略，为不同类型分子筛铝对催化性能的研究及催化剂的设计和改性提供了新思路。
相关成果以“Identification and Quantification of Al Pairs and Their Impact on Dealumination in Zeolites”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，并被选为内封面文章。该论文第一作者是我所524组博士研究生孙玉婷、博士后梁力鑫，以及大连理工大学联合培养博士研究生杨敏。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。（文/图 孙玉婷、陈魁智）
文章链接：http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c14741
