Control of zeolite microenvironment for propene synthesis from methanol.
Control of zeolite microenvironment for propene synthesis from methanol.
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甲醇合成丙烯沸石微环境的控制。
DOI：
10.1038/s41467-021-21062-1
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发表时间：
2021-02-05
影响因子：
16.6
通讯作者：
Yang S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lin L;Fan M;Sheveleva AM;Han X;Tang Z;Carter JH;da Silva I;Parlett CMA;Tuna F;McInnes EJL;Sastre G;Rudić S;Cavaye H;Parker SF;Cheng Y;Daemen LL;Ramirez-Cuesta AJ;Attfield MP;Liu Y;Tang CC;Han B;Yang S
优化丙烯选择性、丙烯/乙烯比和催化稳定性之间的平衡以及解开第一个碳-碳键形成的明确机理是最先进的甲醇制烯烃（MTO）研究中非常重要的挑战性目标。我们报告了一种通过将钽（V）和铝（III）中心纳入框架来精细控制商业MFI沸石孔内活性位点性质的策略。合成的TaAlS-1分子筛在甲醇完全转化时同时表现出显著的丙烯选择性（51%）、丙烯/乙烯比（8.3）和催化稳定性（>50 h）。原位同步辐射X射线粉末衍射、X射线吸收光谱和非弹性中子散射与密度泛函理论计算相结合的结果表明，在活化的甲醇分子和三甲基氧鎓中间体之间形成了第一个碳-碳键。钽（V）和布朗斯特酸中心之间前所未有的协同性为甲醇的高效转化创造了最佳的微环境，从而极大地促进了沸石在低碳烯烃可持续制造中的应用。低碳烯烃主要由化石资源生产，甲醇制烯烃工艺提供了一种新的可持续途径。在这里，作者展示了一种含有钽和铝中心的新型沸石，其同时显示出高的丙烯选择性、催化活性和用于丙烯合成的稳定性。
Optimising the balance between propene selectivity, propene/ethene ratio and catalytic stability and unravelling the explicit mechanism on formation of the first carbon–carbon bond are challenging goals of great importance in state-of-the-art methanol-to-olefin (MTO) research. We report a strategy to finely control the nature of active sites within the pores of commercial MFI-zeolites by incorporating tantalum(V) and aluminium(III) centres into the framework. The resultant TaAlS-1 zeolite exhibits simultaneously remarkable propene selectivity (51%), propene/ethene ratio (8.3) and catalytic stability (>50 h) at full methanol conversion. In situ synchrotron X-ray powder diffraction, X-ray absorption spectroscopy and inelastic neutron scattering coupled with DFT calculations reveal that the first carbon–carbon bond is formed between an activated methanol molecule and a trimethyloxonium intermediate. The unprecedented cooperativity between tantalum(V) and Brønsted acid sites creates an optimal microenvironment for efficient conversion of methanol and thus greatly promotes the application of zeolites in the sustainable manufacturing of light olefins. Lower olefins are mainly produced from fossil resources and the methanol-to-olefins process offers a new sustainable pathway. Here, the authors show a new zeolite containing tantalum and aluminium centres which shows simultaneously high propene selectivity, catalytic activity, and stability for the synthesis of propene.
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