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经过链状硅酸盐的1D到3D拓扑缩合完成的3D超大孔沸石
来源:雷火竞技app官网入口   上传时间:2024-03-24 09:17:17

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  陈述了一种名为ZEO-3的新式高度安稳的纯二氧化硅沸石,它具有多维、互连的超大孔体系,经过由16元环和14元环硅酸盐四面体制成的窗口翻开,这是迄今为止已知的密度最小的二氧化硅多晶型物。这种沸石是由链状硅酸盐经过史无前例的一维到三维(1D 到 3D)拓扑缩合构成的。比表面积超越1000m2/g。ZEO-3与其他沸石和金属有机骨架比较,挥发性有机物的吸赞同收回功能更高。

  经过几十年的广泛和体系的沸石组成研讨,依然没有关于经过从1D前体缩合取得3D 沸石的报导实例或猜测。咱们陈述了从ZEO-2(一种直接组成的杂乱“沸石”链状硅酸盐)到 ZEO-3(一种彻底衔接的3D超大孔沸石(“ZEO-n”指资料)的这种1D到3D拓扑缩合由中国安徽ZEO新资料科技有限公司发现并取得专利)。这种缩合不会改动链状硅酸盐的拓扑结构,由此发生的安稳沸石ZEO-3有很低的密度,是一个由相互衔接的超大孔隙组成的多维体系(图1 ),以及在其结构中存在双四元环单元(D4R),它们是二氧化硅的小立方体。

  2 (A至C)ZEO-2(A)链与四个相邻链(C) H键合(B)。(D)H} CP MAS NMR谱图,其相对强度经过短触摸时刻(顶部,1.5

  运用三环己基甲基磷(C19H36P+ , tCyMP)作为有机结构导向剂(OSDA),在175°C下加热下,以摩尔组成为1SiO2 : 0.5tCyMPOH: 10H2O的凝胶组成了复合链二氧化硅沸石前体ZEO-2。ZEO-2是一种杂乱的一维链硅酸盐,装修有硅醇和硅醇盐基团(图2A),经过相邻链之间的很多H键将结构坚持在一起(图2,B 和 C)。ZEO-2中的一维纯二氧化硅链沿 [001] 方向摆放(图2A ),并在ab平面中被四个相同的链围住(图 2C)。在 ZEO-2 链的边际,四个硅醇或硅醇盐构成一个四元环 (S4R),该四元环面向下一条链的相同 S4R,稍微移位,H 沿 [110] 和 [1- 10]衔接相邻链的方向(图2B )。ZEO-2的29 Si MAS NMR 光谱的高分辨率(图2D)提醒了四个Q 3 Si位点(–94.2、–95.8、–98.6 和 –100.4 ppm)跨过了Q 3史无前例的化学位移范围在沸石中,一般会集在–102 ± 1 ppm左右。但是,这些值彻底在硅酸盐 的一般Q 3范围内。该光谱还显现了七个Q 4 Si 位点(从–106.8到–116.8 ppm),因而与晶体学成果十分共同。 29 Si{ 1 H} 交叉极化 (CP) MAS NMR 光谱证明在ZEO-2中存在这四个Q 3 Si 位点(图2D,顶部)。

  位经过脱羟基缩合,将两个S4R衔接成一个D4R (A),经过它每条链与相邻的四个链键合,得到超大孔ZEO-3具有14-MR (B)和16-MR (C) 通道。(D)相应的

  在热处理进程中,ZEO-2中相邻的S4R经过结尾Si-OH基团的缩合相互衔接构成D4R(图3A),由此发生ZEO-3的全衔接结构(图3,B和C)。 浓缩固体是线D 超大孔沸石。ZEO-3的通道体系是3D的,具有16-×14-×14 元环 (MR) 通道(图3,B 和C),通道之间彻底连通(图1)。缩合进程的完成由ZEO-3的29 Si MAS NMR 光谱证明,它提醒了彻底缩合:一切Si原子都是Q 4位点(图3D,底部),具有可疏忽的量Q 3可归因于连通性缺点。

  C) ZEO-2沿[110]投影(A)和ZEO-3显现超大14-MR沿[110]投影(B)和16-MR 沿 [001]投影(C ). 一切其他环(4-、5-和 6-MR)都清晰可见。为便于图画解说,示意图模型(Si 原子以蓝色显现,O 原子以赤色显现)已叠加,模仿的 STEM 图画也包含在右下角的插图中。

  STEM印证了设想的结构模型,其间还确认了对应于tCyMP(C和P)的弱小信号ZEO-2的链(图4A)在ZEO-3中缩合后成为14-MR孔的当地。没有办法取得 ZEO-2 沿[001]的可视化,因为它遭到较大厚度(因为这是长针方向)和不同z水平原子结构中存在的阻止,这些原子沿x和y方向。ZEO-3的14-MR和16-MR 孔清晰可见(图4,B和C)。

  C) ZEO-2 链 (B) 和 BEA 链 (C) 经过衔接接连的大单元构建,从两个不同的方向看。(D到G) ZEO-3 (D)、σ-扩展BEA (E) 以及多晶型物 BEB (F) 和BEA的平铺结构(G) β沸石。

  ZEO-2链在拓扑结构上与β沸石的多晶型物B中发现的链相同,它不是孤立的链,而是嵌入在3D结构中。咱们在这里运用首字母缩略词BEB来指代该多晶型物。BEB和ZEO-3中的链条由一个大型复合构建单元(图5A)构建,该单元替换旋转+90°和–90°(图5B,虚线箭头)。假如旋转一直以相同方向进行(即,一直旋转+90°或–90°;图5C, 虚线箭头), 然后会发生手性链, 它实际上嵌入在β沸石的手性BEA多晶型物中 (空间群P 4 1 22 或P 4 3 22)。因而,以类似于ZEO-2缩合的方法缩合这种链将发生新的手性16-×14-×14-MR设想沸石。ZEO-3(图 5D)和这种假定的手性沸石(图5E )别离对应于β沸石的多晶型 BEB(图5F)和BEA(图5G)的σ扩展)。因为ZEO-3现已完成,咱们咱们都以为假定的超大孔σ-BEA沸石或许是未来研讨的合理方针。

  ZEO-3(赤色)和β(黑色)沸石上的VOC吸附等温线(A)、打破吸附(B)和解吸曲线(C)。

  甲苯和水蒸气在ZEO-3上的吸附平衡容量大于在孔隙较小的 β 沸石上的吸附平衡容量(图6A)。ZEO-3表现出比β沸石更长的打破时刻(更好的动态容量),基本上没有水的搅扰(图6B )。ZEO-3的甲苯首要解吸峰发生在比 β 更低的温度(图6C),使其热再生更简单。因而,就吸附容量和再生潜力而言,ZEO-3优于用于此运用的参阅沸石β。

  ZEO-3 的成功组成标明,或许被以为无法经过直接组成取得的资料能够终究靠组成后转化取得。这一观察使咱们也能够预见经过1D到3D拓扑缩合开发的新资料,就像运用 ADOR 进程所做的那样。值得一提的是,ADOR进程的最终一步是2D到3D冷凝,类似于此处陈述的1D到3D进程,但会体系地减小与母体资料相关的孔径。

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