J. Am. Chem. Soc. : 铂负载酸改性MOF用于正己烷加氢异构化

【引言】

烷烃加氢异构化反应是指在双功能催化剂上，在临氢气条件下将直链烷烃异构化为异构烷烃的反应。MOF由于其卓越的理化性质如高表面积、可调节的孔隙尺寸、化学成分和表面功能以及可吸附或催化小分子反应的配位金属位点，引起了许多研究人员关注，有关MOF在多相催化中的应用的报道正在迅速增加。在关键气体存储和分子分离方面，MOF的性能已开始赶超如沸石和活性碳等传统的微孔固体。此外，可将MOF作为高表面积衬底或主体，将催化活性物种(如金属(氧化物)、有机金属配合物、生物分子或酶)分散或封装于其中。

【成果简介】

近日，加州大学伯克利分校Gabor A. Somorjai教授和Omar. M. Yaghi教授(共同通讯作者)等将具有适度的强酸性位点和加氢/脱氢位点的MOF材料作为双功能催化剂用于正己烷加氢异构化，并在J. Am. Chem. Soc.上发表了题为“Hydroisomerization of n‑Hexane Using Acidified Metal-Organic Framework and Platinum Nanoparticles”的研究论文。在该研究中，以大量的磷钨酸(PTA，H₃PW₁₂O₄₀)封装于MOF(MIL-101)的孔道中进行“酸化”处理，之后将结构明确的铂纳米颗粒沉积在“酸化”MOF的外表面，获得了高活性和选择性的双功能催化剂(PTA⊂MOF/Pt)。在250°C和1 bar压力下，PTA⊂MOF/Pt相比于传统的铝硅酸盐(Al-MCF-17 /Pt)双功能催化剂催化气相正己烷异构化的选择性高达100%且质量活性提升9倍。

【图文简介】

图1 催化剂的组成及形貌分析

a) 材料体系的XRD图谱

b-d) 材料体系的TEM图

e-g) 材料体系的HDAAF-STEM图像以及相应的EDS mapping

图2  PTA⊂MIL-101/Pt中PTA负载量的比较优化

在250℃ 1 bar 下，MIL-101/Pt以及25%、60% PTA⊂MIL-101/Pt对正己烷加氢异构化反应的总质量活性(蓝色)和异构体选择性(红色)

 图3 酸性位点的红外表征

氘代乙腈吸附于纯MIL-101 以及含有25%、60% PTA的MIL-101 红外光谱，2312 cm^-1处峰越强代表B酸含量越高。

图4  PTA⊂MIL-101/Pt与传统铝硅酸盐(Al-MCF-17 /Pt)的活性比较

MOF基和铝硅酸盐双功能催化剂的总质量活性(蓝色)和异构体选择性(红色)比较

【小结】

该研究将大量的磷钨酸封装并均匀分散于具有超高比表面积和有序纳米孔的MOF中，结合定位于其外表面的铂纳米粒子，构筑了具有高催化活性的正己烷加氢异构化催化材料。其中，相比于传统的铝硅酸盐，含60% PTA的MOF生产异烷烃选择性为100%，质量活性提升9倍，进一步显示MOF能容纳异构化反应所必需的高浓度的活性位点。

文献链接：Hydroisomerization of n‑Hexane Using Acidified Metal−Organic Framework and Platinum Nanoparticles. (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b06629)

本文由材料人编辑部肖杰编译，黄超审核，点我加入材料人编辑部。

材料测试，数据分析，上测试谷！