層柱狀框架類材料在ODPH反應中的應用獲進展

近日,中國石油大學(華東)、齊魯工業大學和上海科技大學的研究團隊開發了一種富含硼氧活性位點的熱穩定層柱狀框架類材料(MBON-2),該催化材料可用于丙烷氧化脫氫制烯烴(ODHP)反應,丙烷轉化率為14.4%,烯烴選擇性達到87.0%(其中丙烯76.4%、乙烯10.6%)。相關研究成果發表于《物質》雜志。

ODHP反應被認為是一種快速提升丙烯產能的生產工藝,但苛刻的反應條件限制了框架類材料在ODHP中的應用。因此,發展新型熱穩定框架類材料,并借助網絡化學的結構優勢闡明ODHP的催化機理極具挑戰性。

該研究團隊制備了MBON-2材料,這是一種層柱狀結構,每一層ZnBO具有與石墨烯相似的六元環結構,有機配體咪唑像支撐柱一樣沿c軸向通過Zn-N配位將層狀ZnBO鏈接成一種三維網絡框架,ZnBO是一種良好的阻燃材料,可以抑制有機配體在含氧氣氛下的快速分解。熱重分析結果表明,MBON-2具有高溫抗氧化性,在含氧氣氛、560 ℃條件下可以保持性能穩定。

MBON-2具有三維花狀多級結構,有利于反應過程中的傳質作用。表征結果確認MBON-2中的ZnBO層具有類石墨烯六元環結構,而ZnBO層邊緣位富含大量具有催化ODHP反應能力的硼氧位點。用于ODHP反應時,反應活性略高于目前性能最優的六方氮化硼納米片。

密度泛函理論計算結果表明,在不生成層間硼氧低聚物和硼氧環的情況下,單層類石墨烯ZnBO上的一對鄰近硼氧位點可以依次活化并奪取丙烷分子上的氫原子進而生成丙烯分子。

該研究可為構筑熱穩定框架類材料提供借鑒。