近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員徐舒濤、研究員魏迎旭、中國工程院院士劉中民團隊聯合中國石油大學（華東）教授閻子峰團隊，在分子篩基工業多組元模型催化劑擴散與裂解反應動力學性能的研究中取得新進展，揭示了沸石組元和非沸石組元界面間的孔道連通性在提高工業沸石基催化劑的擴散和催化效率中的關鍵作用。相關成果發表在《美國化學會志》上。
沸石分子篩作為重要的工業催化劑，廣泛應用于石油化工、煤化工、環境保護等領域。工業催化劑通常由“沸石組元”和“非沸石組元”共同構成，這些組元在大分子裂解反應中發揮著重要的活性作用。然而，目前大多數研究工作主要集中在單一沸石組元或非沸石組元的擴散行為研究上，對于沸石組元與非沸石組元間的裂解中間產物擴散遷移及其與裂解反應性能的關系研究卻鮮有報道。
本工作中，研究團隊構建了以ZSM-5為沸石組元，以無定形二氧化硅為非沸石組元，且組元間孔道匹配聯通性精準可控的一系列催化裂解模型催化劑，系統地研究了沸石組元和非沸石組元界面間的孔道匹配聯通性與擴散-反應動力學之間的構效關系。團隊利用超極化129Xe核磁技術，結合智能重量分析和時間分辨原位傅里葉變換紅外光譜等表征手段，對三類代表性模型催化劑的多尺度擴散行為和結構性能關系進行了深入研究。
研究發現，非沸石組元中的介孔具有顯著的“漏斗效應”，能有效富集反應物分子。當沸石組元和非沸石組元間形成良好的介孔-微孔取向連接時，可以加速分子在組元間界面的擴散，從而提高沸石組分的利用效率，證明了沸石組元與非沸石組元之間孔道的匹配聯通性在中間產物擴散遷移方面的關鍵作用。
該研究為以催化裂化催化劑為代表的大分子工業催化劑的理性設計提供了理論指導。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c00214
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