近日，精密測量院鄭安民研究員團隊在沸石分子篩的活性位點(diǎn)分布特性的原位環(huán)境理論預測方面取得重要進(jìn)展。
沸石分子篩是現代化工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的一類(lèi)催化劑，廣泛應用于石油化工領(lǐng)域。分子篩的催化反應特性與活性位的分布密切相關(guān)，調控活性位在分子篩不同骨架結構上的分布會(huì )極大地影響分子篩的催化反應活性和產(chǎn)物的選擇性，進(jìn)而控制催化反應性能。然而由于缺乏可靠的實(shí)驗手段，一直無(wú)法精確定向地調控分子篩的活性位分布，這極大限制了人們對催化劑的定向合成及相關(guān)催化過(guò)程的認知。理論計算作為實(shí)驗方法的有力補充，可以從原子分子水平準確描述物質(zhì)的微觀(guān)結構性質(zhì)。因此，通過(guò)理論計算研究分子篩中活性位點(diǎn)的分布對于沸石的合成、催化劑的選擇等方面具有重要的指導意義。前期工作中，研究團隊采用多尺度理論模擬（蒙特卡羅、分子動(dòng)力學(xué)、密度泛函理論和從頭算分子動(dòng)力學(xué)等）方法，并結合實(shí)驗結果，確定了分子篩孔道中活性中心的結構、反應物種在分子篩孔道中的吸附和擴散機制，建立了擴散過(guò)程和反應路徑之間的關(guān)聯(lián)（J. Catal. 2019, 369, 335；J. Catal. 2019, 377, 51; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10764）。
在本工作中，使用周期性密度泛函理論（DFT）及從頭算分子動(dòng)力學(xué)（AIMD）模擬研究了在分子篩合成條件下結構導向劑（SDA）與分子篩骨架之間的相互作用，確定了SDA對分子篩骨架上活性位分布的調控機制，闡明了溶劑分子和合成溫度對于活性位點(diǎn)分布的影響規律。基于導向概率分布，實(shí)現了SDA對活性位點(diǎn)導向作用的定量化和可視化分析，這將有望解決關(guān)于分子篩中骨架鋁和酸中心分布等方面一直存在的爭議，同時(shí)對沸石分子篩定向合成過(guò)程中結構導向劑的選擇也具有重要的指導意義。
相關(guān)研究結果發(fā)表在美國化學(xué)會(huì )期刊ACS Catalysis雜志上。唐曉敏博士研究生為該論文的第一作者，鄭安民研究員為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院以及湖北省科技廳的支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b01844
合成條件下不同活性位點(diǎn)的能量分布及結構導向劑對活性位點(diǎn)導向作用的定量化和可視化分析
