近日，南開(kāi)大學(xué)李蘭冬研究員團(tuán)隊(duì)、曼徹斯特大學(xué)楊四海教授和大連化物所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、大連光源科學(xué)研究室江凌研究員團(tuán)隊(duì)合作，利用自主研制的紅外光解離實(shí)驗(yàn)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(duì)炔烴/烯烴化學(xué)選擇性吸附分離的深層次機(jī)制。
反應(yīng)中間體的探測(cè)與表征是詮釋化學(xué)反應(yīng)機(jī)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(duì)它們的實(shí)驗(yàn)研究非常困難，往往需要高靈敏度、高時(shí)間分辨以及對(duì)結(jié)構(gòu)敏感的譜學(xué)等探測(cè)方法。
江凌團(tuán)隊(duì)將高分辨率質(zhì)譜與光參量振動(dòng)激光器相結(jié)合，自主研制了具有國(guó)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(xiàn)高靈敏探測(cè)關(guān)鍵反應(yīng)中間體的組成與結(jié)構(gòu)，對(duì)詮釋催化反應(yīng)機(jī)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(guò)程會(huì)引入少量炔烴雜質(zhì)，對(duì)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(jí)低烯烴對(duì)許多工業(yè)過(guò)程非常重要，是具有極大挑戰(zhàn)性的國(guó)際前沿科學(xué)問(wèn)題。
近期，南開(kāi)大學(xué)李蘭冬課題組設(shè)計(jì)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(guò)程中均表現(xiàn)出高炔烴動(dòng)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(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，且對(duì)操作條件（溫度、壓力、氣體濃度、雜質(zhì)等）不敏感，可滿(mǎn)足工業(yè)吸附分離的基本要求。
江凌團(tuán)隊(duì)利用自主研制的紅外光解離實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)Ni@FAU對(duì)乙炔/乙烯的吸附機(jī)制進(jìn)行了研究，成功探測(cè)到了Ni(C2H2)3，然而并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Ni(C2H4)n。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，Ni@FAU對(duì)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(dòng)Ni@FAU分子篩材料在相關(guān)工業(yè)吸附分離過(guò)程中的應(yīng)用。利用先進(jìn)的譜學(xué)技術(shù)從分子、團(tuán)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(jì)開(kāi)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(guó)家自然科學(xué)基金委“動(dòng)態(tài)化學(xué)前沿研究”科學(xué)中心項(xiàng)目資助。
