近日，南開大學(xué)李蘭冬研究員團隊、曼徹斯特大學(xué)楊四海教授和大連化物所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室、大連光源科學(xué)研究室江凌研究員團隊合作，利用自主研制的紅外光解離實驗裝置，成功表征了關(guān)鍵反應(yīng)中間體，揭示了鎳負(fù)載八面沸石催化劑對炔烴/烯烴化學(xué)選擇性吸附分離的深層次機制。
反應(yīng)中間體的探測與表征是詮釋化學(xué)反應(yīng)機理的關(guān)鍵。
然而，這些反應(yīng)中間體的數(shù)量密度低、壽命短、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對它們的實驗研究非常困難，往往需要高靈敏度、高時間分辨以及對結(jié)構(gòu)敏感的譜學(xué)等探測方法。
江凌團隊將高分辨率質(zhì)譜與光參量振動激光器相結(jié)合，自主研制了具有國際先進(jìn)水平的紅外光解離光譜(Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 25583)，可原位/在線高靈敏探測關(guān)鍵反應(yīng)中間體的組成與結(jié)構(gòu)，對詮釋催化反應(yīng)機制具有重要作用。
低碳烯烴是化學(xué)工業(yè)中最基本的原料之一（產(chǎn)能接近4億噸/年），其生產(chǎn)過程會引入少量炔烴雜質(zhì)，對其聚合與后續(xù)加工產(chǎn)生極大影響。高效去除炔烴雜質(zhì)、生產(chǎn)聚合物級低烯烴對許多工業(yè)過程非常重要，是具有極大挑戰(zhàn)性的國際前沿科學(xué)問題。
近期，南開大學(xué)李蘭冬課題組設(shè)計合成了鎳負(fù)載八面沸石催化劑（Ni@FAU），它在乙炔/乙烯、丙炔/丙烯、丁炔/丁二烯等分離過程中均表現(xiàn)出高炔烴動態(tài)吸附容量（1.58~1.80 mmol/g）與炔烴/烯烴分離選擇性（83~100）。Ni@FAU同時表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，且對操作條件（溫度、壓力、氣體濃度、雜質(zhì)等）不敏感，可滿足工業(yè)吸附分離的基本要求。
江凌團隊利用自主研制的紅外光解離實驗裝置，對Ni@FAU對乙炔/乙烯的吸附機制進(jìn)行了研究，成功探測到了Ni(C2H2)3，然而并沒有發(fā)現(xiàn)Ni(C2H4)n。該實驗結(jié)果證實，Ni@FAU對乙炔具有較高的吸附選擇性，具有在混合氣流中去除痕量乙炔的分離能力，確認(rèn)了基于化學(xué)鍵的炔烴/烯烴分離的新策略，有望推動Ni@FAU分子篩材料在相關(guān)工業(yè)吸附分離過程中的應(yīng)用。利用先進(jìn)的譜學(xué)技術(shù)從分子、團簇、表界面多層次揭示能源小分子與催化劑的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，為新型高效吸附催化材料的設(shè)計開發(fā)提供了新的思路。
相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。該工作得到國家自然科學(xué)基金委“動態(tài)化學(xué)前沿研究”科學(xué)中心項目資助。
